Topp 10 icke-kisel datorföretag

Från kisel till nya former av datoranvändning

Datorindustrin föddes när mekaniska enheter började utföra kalkyler som fram till dess var reserverade för den mänskliga hjärnan. Men det var med vakuumrör och senare transistorer som riktiga datorer började skapas.

Nästa revolution var kiseldatorchipsen, med ständigt växande transistortäthet för ständigt växande beräkningskraft.

Källa: Mobile First

För närvarande experimenterar halvledarindustrin med allt kraftfullare system för att skapa chips i 5nm och till och med 2nm-intervallet. Detta för oss allt närmare ett problem, eftersom det vid ett tillfälle inte kommer att vara möjligt att använda mindre och mindre kiseltransistorer.

En enskild kiselatom är en teoretisk gräns, men praktiska tekniska problem kommer förmodligen att göra det hända innan den tröskeln.

Så, kommer datorkraften att sluta utvecklas härifrån? Antagligen inte.

Lösningen blir dock att utföra beräkningar med hjälp av helt nya principer. Det finns faktiskt många möjliga sätt att utföra beräkningar utan att förlita sig på kiseltransistorer. Vi kan titta på de mest lovande idéerna utan att gå in på de tekniska detaljerna.

Icke-kiselhalvledare

En halvledare är ett material med förmågan att växla mellan att vara ledande (sänder elektrisk ström, skapar en "1"-data i binärt) eller en isolant (blockerar elektrisk ström, skapar en "0"-data i binärt).

Kisel har varit det valda materialet för att skapa halvledarchips, men många alternativ undersöks nu. Allt material som visar egenskapen som kallas bandgap kan vara en bra kandidat.

Källa: Energiutbildning

Vanadindioxid

Länge har vanadindioxid setts som ett bra alternativ för att ersätta kisel. Detta beror på att det genomgår ett fenomen som kallas "genomgår metallisolatorövergångar", vilket bara tar en biljondel av en sekund.

Hastigheten på metallisolatorövergången bör möjliggöra snabbare och mindre elektronik jämfört med klassisk kiselbaserad elektronik.

Ny forskning har lyckats studera vanadindioxid avsatt på ett substrat av titandioxid.

De upptäckte också att titandioxid också kan vara en halvledare. Denna upptäckt kan göra det möjligt att skapa neuromorfa chips som kan lära sig på hårdvarunivå, hämta inspiration från hjärnorna i levande system med neuroner.

Tack vare sin mycket snabba övergång mellan isolator och metall kunde vanadindioxid med ett aktivt substrat av titandioxid användas för att skapa Mott neuronliknande spikande oscillatorer kan replikera biologiska neuroner på hårdvarunivå.

grafen

En annan bra kandidat är grafen, ett 2D-material med extremt hög elektrisk ledningsförmåga. Det är till och med en potentiell supraledare och ett "undermaterial" vars egenskaper fortfarande upptäcks i realtid.

Du kan läsa mer om de första framgångsrika försöken att göra grafen till ett halvledarmaterial i vår artikel "Grafenhalvledare – är de äntligen här?"

Organiska material

Enligt en ny upptäckt kan organiskt material tvingas bilda en 2D-struktur som liknar grafen. Detta kan göra dem lika ultraledande som grafen, samtidigt som de naturligt visar halvledaregenskaper, i motsats till grafen som måste "tvingas till det".

Du kan lära dig mer om det här alternativet i "Kan organiska halvledare kombinera fördelarna med grafen och kisel?"

Optimera halvledares strömförbrukning

Ett problem med att använda allt snabbare och mindre transistorer är den växande strömförbrukningen.

Ett alternativ kan vara att använda en teknik som kallas "redox gating". Detta förlitar sig mer på en kemisk reaktion (redox) och kan drastiskt minska effektbehovet.

Om priset på datorer börjar stiga från energikostnader mer än själva chipsen, är det här en lösning som vi kan se implementerad också. Vi utforskade de senaste nyheterna om detta ämne i "Redox gating kan leda till nya nivåer av effektivitet i liten elektronik".

fotonik

Alternativa halvledarmaterial försöker ersätta kisel. Men vad händer om beräkningen gjordes helt utan att använda elektroner, transistorer och halvledare?

Detta är idén med fotonik, som vill utföra beräkningar direkt med ljus.

Ljus är det snabbaste i universum, så det kan vara storleksordningar snabbare än kisel- och halvledarbaserad datoranvändning.

I praktiken, fotonik kan fortfarande involvera kisel men kunde också lita på kristaller.

På grund av ljusets vågliknande natur förlitar sig fotonikdesign på kurvor och unika (och något ännu inte tekniskt mogna) designprinciper som skiljer sig från de som används för halvledare.

Källa: Synopsis

Quantum Computing

Beräkning kan också utföras genom att inte mäta elektrisk ström utan partiklarnas kvanttillstånd.

Istället för att generera 0 och 1 (ingen ström eller ström), använder den "kvantbitar", kallade qubits, där partikeldata är antingen 0 OCH 1 på en gång, eller 1 eller 0.

På grund av den grundläggande skillnaden i beräkningen är kvantberäkning inte ett alternativ till "normal" beräkning utan snarare ett komplement.

Standardberäkningar fungerar linjärt och kämpar med mycket komplexa beräkningar, som klimatmodellering, kryptografi eller 3D-konfigurationen av komplexa molekyler som proteiner. Och det är just den typen av beräkningar som kvantberäkning förväntas briljera med.

Så, även om de kanske inte ersätter kisel, kunde kvantdatorer utföra bättre uppgifter som tidigare var nästan omöjliga för kiselchips.

Du kan läsa mer om de senaste nyheterna inom kvantberäkning i vår artikel "Det aktuella tillståndet för kvantberäkning".

Biologiska organoider

Våra hjärnor är i huvudsak superdatorer, åtminstone när det kommer till processer som mönsterigenkänning, språk etc. Och mycket effektiv på det, förbrukar knappt några dussin watt.

En schweizisk startup, FinalSpark har nu utvecklat en 0.5 mm stor sfär (organoider) gjord av 10,000 XNUMX mänskliga neuroner. Och använder den för att utföra beräkningar. Tjänsten kommer även att vara tillgänglig via molnet.

Detta är ett mycket nytt område, och det är ännu oklart hur långt det kommer att gå. Men vem vet, kanske en dag kommer våra självkörande enheter att köras på neuroner istället för chips.

Topp 10 icke-kisellager

1. International Business Machines Corporation

International Business Machines Corporation (IBM) var den ledande kraften bakom kommersialiseringen av den första stordatorn. Det har dock halkat efter i produktionsvolymen för andra teknikjättar som Apple, TSMC och NVIDIA.

Det ligger dock i framkant av utvecklingen av kvantdatorer. Till exempel utvecklade den sin 127-qubit "Eagle" kvantdator, som följdes av ett 433-qubit-system känt som "Osprey".

Och det här är nu följt av "Condor", en 1,121 XNUMX supraledande kvantprocessor baserad på cross-resonance gate-teknologi, tillsammans med "Heron", en kvantprocessor i yttersta kanten av fältet.

IBM är involverat i de flesta andra banbrytande innovationer inom dator- och halvledarindustrin. Dessa inkluderar leder organiskt material, neuromorf databehandling, fotonikEtc.

I viss mån har IBM blivit ett "patentföretag" med expertis i att utveckla nya beräkningsmetoder och licensiera dem till branschen.

Hittills verkar det vara mycket beslutsamt att inneha så många nyckelpatent i alla icke-kiselberäkningsmetoder som det kan få, vilket replikerar dess tidigare framgångar när de bidragit massivt till att utveckla halvledarindustrin till den jätte den är idag.

2. Microsoft Corporation

Redan ledande inom "normala" molntjänster är Microsoft en pionjär när det gäller att erbjuda kvantberäkningsmolntjänster med Azure Quantum.

Det är fullt möjligt att merparten av kvantberäkningstekniken i framtiden kommer att ske ”på distans”, med hjälp av molntjänster som Microsofts, istället för direkt tillgång till en kvantdator.

Detta är särskilt troligt eftersom de flesta av kvantberäkningstillämpningarna kommer att undersökas av biokemister, materialvetenskapsexperter, klimatforskare och andra specialister utan specifik bakgrund inom kvantberäkning.

Så att förlita sig på dedikerade proffs som arbetar på företag som IBM, Microsoft eller Google för att hantera datordelen är mer meningsfullt än att anställa eller utbilda personer som inte är utbildade inom området.

Microsoft erbjuder tjänster "hybrid computing", som blandar kvantdatorer med traditionell molnbaserad superdatortjänst.

Källa: Microsoft

Istället för vertikal integration har Microsofts tillvägagångssätt för kvantberäkning varit att etablera partnerskap med ledande inom området som täcker praktiskt taget alla möjliga tekniker för att uppnå kvantberäkning, som IonQ (IONQ), Pasqal, Kvantinuum, Qci (QUBT), och Rigetti (RGTI).

Källa: Microsoft

Microsoft också etablerade i slutet av 2023 ett samarbete med Photonic, ett företag som arbetar med att slå samman kvantdatorer och fotonik.

Microsoft har också arbetat med analoga fotoniska chip för finansbranschen.

Kvantberäkning är inte central för Microsofts verksamhet, åtminstone inte för tillfället. Det är ändå en central aktör i sektorn och kan vara ett "säkrare" aktieval jämfört med att direkt förvärva aktier i sina kvantberäkningspartners som är börsnoterade, som QCI eller Rigetti.

3. Alfabet Inc.

Google är mycket aktiva inom kvantberäkning, mestadels genom sitt Google Quantum AI-labb och Quantum AI-campus i Santa Barbara.

Googles kvantdator skrev historia 2019 när Google hävdade att de uppnått "kvantöverlägsenhet" med sin Sycamore-maskin, och utförde en beräkning på 200 sekunder som skulle ha tagit en konventionell superdator 10,000 XNUMX år.

Men kanske kommer Googles största bidrag att ligga inom mjukvara, en verksamhet där de har en mycket bättre meritlista än hårdvara (sök, GSuit, Android, etc.). Googles kvant-AI tillhandahåller redan en svit av mjukvara utformad för att hjälpa forskare att utveckla kvantalgoritmer.

Google är också en aktiv stödjare av fotonikföretag som Lightmatter.

Google kommer sannolikt att vara ett av företagen som sätter standarderna för kvantberäkningsprogramvara och -programmering, vilket ger en privilegierad plats att styra var fältet kommer att utvecklas i framtiden. Dess kraftfulla nätverk och VC-aktivitet kommer sannolikt också att ge en plats i någon annan icke-kiselbaserad form av datoranvändning.

4. Intel

Intel är en stor tillverkare av chip och verkar ha som mål att utnyttja denna styrka på kvantdatorarenan.

Den släpptes nyligen "Tunnel Falls", det "mest avancerade kiselspinn-qubit-chipset". Vad som är anmärkningsvärt med det är att det inte är en prototyp utan ett chip byggt i stor skala, med en 95% utbyteshastighet över skivan och spänningslikformighet. Detta öppnar vägen för massproduktion av kvantdatorchips, något som för tillfället är svårfångat i en begynnande och snabbt föränderlig industri.

Källa: Intel

Trogen sina rötter utvecklar Intel också mjukvaran för att använda sina chips, med lanseringen av Intel Quantum SDKDetta ger riktlinjer för programmerare att utveckla programvara för kvantberäkning som är kompatibel med Intels kvantchipdesign, vilket historiskt sett har varit en mycket stark och lönsam affärsvallgrav för Intels konventionella chipverksamhet.

Källa: Intel

Ankomsten av skalbar tillverkning av kvantchips kan vara lika revolutionerande för branschen som alla andra mer tekniska vetenskapliga genombrott, sänka kostnaderna och sätta gemensamma programmeringsstandarder och chiparkitekturer.

I slutet av 2023 bestämde sig Intel att avyttra sin fotonikverksamhet till Jabil (JBL).

Sammantaget gör Intel framsteg inom kvantberäkning och verkar ha en tydlig strategi att fokusera på detta ämne ovanför fotonik och andra alternativ.

5. Nvidia

Den ledande tillverkaren av grafikkort och, på senare tid, gruvriggar för kryptovaluta och AI-chips har nu verkligen utvecklats från en tillverkare av PC-delar till en av de globala teknikjättarna.

Nvidia är också aktiv i kvantberäkningsutrymmet, med dess NVIDIA DGX Quantum kombinerar normala chips och kvantberäkningar med den nyligen öppnade CUDA kvantmjukvaruplattformen.

Källa: Nvidia

För att förstärka sitt försprång inom AI har Nvidia också släppt sin QuantumX-800 för AI-optimerat nätverk i datacenter.

När det kommer till fotonik, Nvidia har skapat ett partnerskap med TSMC och Broadcom. Det kommer att se ut att skapa en enda modul genom co-packaged optik (CPO) som integrerar klassiska kiselchips och fotonik.

Sammantaget är Nvidias framgångar starkt kopplade till den nuvarande AI-boomen, och kvantberäkning och fotonik kommer på andra plats. Företaget kommer dock också att dra nytta av tillväxten inom dessa sektorer och verkar hålla sig kvar i loppet.

6. Quantinuum / Honeywell

Quantinuum är resultatet av sammanslagningen av Honeywell Quantum Solutions och Cambridge Quantum (och, som nämnt, en partner till Microsoft quantum cloud computing).

Quantinuum verkar för tillfället fokusera på segment som är mindre utforskade av andra kvantberäkningssystem, särskilt finansiella och försörjningskedjerelaterade analyser, genom sin Quantum Monte Carlo Integration (QMCI)-motor, som lanserades i september 2023.

QMCI gäller problem som inte har någon analytisk lösning, såsom prissättning av finansiella derivat eller simulering av resultaten av högenergipartikelfysikexperiment, och lovar beräkningsmässiga framsteg inom affärer, energi, logistik i försörjningskedjan och andra sektorer.

Liksom Microsoft är kvantberäkning inte den centrala delen av Honeywells verksamhet, som är mer centrerad kring produkter inom flyg- och rymdteknik, automation samt specialkemikalier och material.

Men med tanke på att vart och ett av dessa affärssegment skulle kunna dra nytta av kvantberäkning, är det inte svårt att se affärsfallet för Honeywell att engagera sig.

Så detta gör Honeywell till både en leverantör av kvantdatortjänster och ett av de företag som skulle kunna dra nytta av tillämpningen av kvantdatorer i verkliga affärsfall, något integrationen av Quantinuum i koncernen borde bidra till att främja i en snabbare takt än dess industriella konkurrenter.

7. Synopsys

Alla fotoniska system måste integreras så sömlöst som möjligt med kiselsystem, åtminstone initialt. Synopsys kan hjälpa till med detta.

Företaget är specialist på kiseldesign och verifiering, vilket innebär att dess mjukvara används för att designa nya chips, inklusive ultraavancerade 5nm-chips och lägre.

Företaget erbjuder också programvara för fotonik som beskrivs som "Branschens enda sömlösa designflöde för fotoniska enheter, system och integrerade kretsar”. Detta gör det möjligt att hantera utformning och simulering av nya fotonikenheter.

Källa: Synopsis

Företaget har också utvecklat ett joint venture med Juniper Network för att skapa Öppet ljus, ett fotonikföretag som använder indiumfosfid.

8. Juniper Network

Juniper påstår sig erbjuda den främsta molnbaserade trådlösa lösningen och det enda AI-drivna WiFi-nätverket. Detta sätter dem i direkt konkurrens med äldre och mer etablerade jättar som Cisco. Junipers teknik, Juniper Mist, påstås vara mer skalbar, flexibel och bättre på att upptäcka avvikelser än Ciscos motsvarande erbjudanden.

Företagets lösningar är starkt beroende av AI, där deras AI-motor ”Marvis” används på alla nätverksnivåer, från användare till datacenter.

Källa: Juniper

När det gäller säkerhet visar Juniper också enastående resultat på brandväggar, hotförsvar och försvar mot utnyttjande, och överträffar de flesta leverantörer som Fortinet, Palo Alto, Zscaler, etc.

Juniper erbjuder också Photonic Integrated Circuits (PIC), som för närvarande mest används för dataöverföring och sensorer. De förväntas bli en integrerad del av framtida fotonikbaserade datorer.

Källa: Synopsis

9. Rigetti Computing, Inc.

Riggeti är ett kvantdatorföretag, "äga kritisk IP för vår banbrytande flerchipsprocessor och den hybridkvantklassiska metoden som har blivit den dominerande kvantdatorarkitekturen. ".

Företaget integrerar alla steg som behövs för kvantberäkning, från chipdesign och tillverkning upp till molnleverans av datorkraft.

Källa: Rigetti

Företaget fokuserar inte så mycket på att lägga till så många qubits som möjligt (som jättar som Intel gör) utan på att fullända sin befintliga produkt och uppnå en mycket hög nivå av trohet och hastighet, vilket gör den till en mer pålitlig kommersiell produkt.

Dess senaste iteration, 84-qubit Ankaa-3, förväntas avslöjas under andra halvan av 2024. Baserat på Ankaa-konceptet siktar företaget på ett 336+ qubit-system på lång sikt.

Källa: Rigetti

I december 2023 startade Rigetti försäljning av 9-qubit system Novera, en "mini kvantdator" som säljs för "bara" $900,000 4 och en 6-XNUMX veckors leverans.

De första kunderna var Fermilabs SQMS Center, Air Force Research Lab och Horizon Quantum Computing.

Företaget meddelade våren 2024 att det skulle göra det gå med i Russel 3000 Index.

10. IPG fotonik

IPG är en lasertillverkare som tillverkar praktiskt taget alla typer av lasrar, inklusive fiber-, diod-, UV- och djupa UV-lasrar. Med 6,200 42,000 anställda levererar den XNUMX XNUMX+ laserenheter per år.

Dess specialitet är fiberlasrar, med höga precisionsnivåer och förmågan att göra laserpulser så korta som en femtosekund (en kvadriljondels sekund).

IPG-lasrar används för närvarande för:

• Avancerade vetenskapliga tillämpningar (spektroskopi, mikroskopi, interferometri, optisk fångst, etc.)
• Tillverkning av elmotorer och batterier.
• Materialbehandling, särskilt metallskärning, snidning, rengöring och 3D-laserutskrift.
• Laser mikrobearbetning, där lasrar används för att skapa ultrasmå strukturer.

Även om framsteg inom fotonikchip kommer att krävas för att skapa helt fotonikbaserade datorer, vet vi redan att det kommer att integrera mycket av en specifik och redan vanlig komponent: lasrar.

Ljuset för fotonisk beräkning måste baseras på mycket stabilt ljus som sänds ut av lasern. Så ledare inom laserindustrin, som IPG, skulle dra nytta av en boom i laserefterfrågan från halvledarindustrin som gradvis byter till fotonik.

Och i det begynnande segmentet kan ultrakorta laserimpulser omvandlas till ultrasnabb datorkraft.