Computing
Nanoteknolohiya na Pumipigil sa mga Limitasyon ng Pagkukuha ng Impormasyon sa Pamamagitan ng Bilis at Kahusayan
Ang mga advanced na teknolohiya sa pagkukuha ng impormasyon ay gumagawa ng malaking pag-unlad patungo sa pagkamit ng mataas na bilis at mababang konsumo ng enerhiya.
Ang mga pangunahing pag-unlad sa larangan na ito ay kinabibilangan ng mga bagong disenyo ng silicon na gumagamit ng layered designs upang magtayo ng mas mabilis at mas maliit na mga chip sa isang mas mababang gastos. Samantala, photonic computing ay gumagamit ng mga alon ng liwanag upang proseso at magimpan ng data. Sa bilis ng liwanag na hindi masubukan, ito ay magagamit ng mataas na bilis at mababang latency.
Pagkatapos, mayroon ding biological computing, kung saan ang impormasyon ay nakode at nakaimpan sa mga biological na selula, na pinagmamahalan ng mga pag-unlad na ginawa sa nanobiotechnology. Ang quantum computing ay may malaking potensyal, na naglalutas ng mga kompleks na problema nang mas mabilis kaysa sa mga kompyuter ngayon sa pamamagitan ng paggamit ng quantum superposition, entanglement, at interference.
Bukod dito, ang neuromorphic computing ay nagmumukhang katulad ng mga neural na sistema ng ating mga utak upang magpatupad ng parallel na mga pagkukuha; ang cloud computing ay naglipat ng pagpoproseso sa mga malayong o virtual na lokasyon; at ang edge computing ay naglipat ng pagpoproseso mula sa mga sentralisadong mga pasilidad papunta sa mga gumagamit.
Ang lahat ng mga pag-unlad na ito sa teknolohiya ng pagkukuha ng impormasyon, na nakatuon sa mga tool at sistema para sa pagpoproseso, pag-iimpan, at paghahatid ng data, ay humantong sa hindi pangkaraniwang mga pag-unlad sa mga larangan tulad ng artificial intelligence (AI) at data analytics.
Ang patuloy na pag-aaral sa larangan ay humantong sa patuloy at mabilis na inobasyon sa mga pamamaraan ng pagkukuha, kung saan ang mga siyentipiko ay ngayon ay pumupunta pa sa mas malalim upang makamit ang mas mahusay, mas mabilis, at mas efficient na mga resulta.
Pagbagong sa Laser Nanoscale Fabrication sa Silicon
Ang mga mananaliksik mula sa Bilkent University, Turkey, ay nakamit ng isang mahalagang pagbagong sa pamamagitan ng pagbuo ng isang pamamaraan para sa paggawa ng mga nanostructure sa loob ng mga silicon na wafer.
Ang bagong pamamaraan ay nagpapahintulot ng nanofabrication sa loob ng silicon sa pamamagitan ng spatial light modulation at laser pulses, na lumilikha ng mga advanced na nanostructure na magagamit sa mga electronics at photonics.
Ang pag-aaral ay nakatuon sa silicon, ang pundasyon ng mga electronics, photonics, at photovoltaics. Bilang isang semiconductor, ang conductivity ng Silicon ay nasa pagitan ng isang insulator at isang purong conductor. Ito ay ang pangalawang pinakamaraming elemento sa crust ng Earth, na may metallic at non-metallic na mga katangian. Bukod dito, ang mga electrical na katangian ng Silicon, kabilang ang its relatively small energy gap, ay ginagawa itong isang mahalagang materyal sa industriya ng semiconductor.
Gayunpaman, ang silicone ay limitado sa surface-level nanofabrication dahil sa mga hadlang na inilagay ng mga umiiral na mga pamamaraan ng lithography. Ang mga kasalukuyang pamamaraan ay hindi makapagpenetrate sa ibabaw ng wafer nang walang pagbabago o hindi makapagpenetrate ng mga hadlang ng resolusyon ng laser lithography. Bukod dito, ang mga umiiral na pamamaraan ay hindi nagpapahintulot ng mataas na presisyon ng modulasyon sa loob ng wafer.
Kung ang mga device ay maaaring direktang magawa sa loob ng bulk ng metal na ito nang walang pagbabago sa ibabaw o ilalim ng wafer, ito ay magtatatag ng isang bagong pamantayan.
Siyempre, ito ay nangangahulugan ng paglampas sa lahat ng mga hamon na mayroong resolusyon ng paggawa na higit sa 1 micron habang sa pagkakaroon ng multi-dimensional na kontrol sa loob ng wafer. Ang paggawa nito, gayunpaman, ay magiging isang mahusay na pag-unlad, na nagpapahintulot ng 3D nanophotonics na may mga bagong mga katangian at humahantong sa mga metasurface sa loob ng Si.
Ang pinakabagong pag-aaral ay nagpatuloy sa paggamit ng mga spatially modulated na laser beams at anisotropic feedback mula sa mga preformed na subsurface structures upang makamit ito. Ito ay nagpahintulot sa team na magtatag ng kontroladong nanofabrication capability sa loob ng Si sa pamamagitan ng pagmamaniplula ng materyal sa nanoscale.
Upang magbigay ng detalye, ang team ng Bilkent ay sumagot sa hamon ng mga kompleks na optical effects sa loob ng wafer at ang inherent na diffraction limit ng laser light sa pamamagitan ng paggamit ng isang special na laser pulse, na nilikha sa pamamagitan ng pagmodulate ng spatial.
Ang mga optical scattering effects, na nagiging hadlang sa presisyon ng paghahatid ng enerhiya, ay nailampas ng special na laser beam na hindi nagkaka-diffract. Ang hindi nagkaka-diffract na katangian ay nilikha sa pamamagitan ng mga advanced na pamamaraan ng holographic projection, na nagpapahintulot ng presisyon ng paghahatid ng enerhiya. Ito ay humahantong sa mataas na presyon at temperatura na magagamit sa pagbabago ng materyal sa isang maliit na volume.
Ayon kay Onur Tokel, Propesor sa Departamento ng Physics:
“Ang aming pamamaraan ay base sa lokalización ng enerhiya ng laser pulse sa loob ng isang semiconductor material upang makamit ang mga emergent field enhancement effects na katulad ng mga nasa plasmonics. Ito ay humahantong sa sub-wavelength at multi-dimensional na kontrol direktang sa loob ng materyal.”
Idinagdag niya:
“Ngayon ay makakagawa kami ng mga nanophotonic na mga elemento na nakabaon sa silicon, tulad ng mga nanogratings na may mataas na diffraction efficiency at pati na rin spectral control.”
Ito ay sinundan ng isang emergent seeding effect, kung saan ang mga nano-void na ginawa sa subsurface ay lumikha ng isang malakas na field enhancement sa kanilang mga kalapit. Kapag ito ay naestablesh, ang resulting field enhancement ay nagpapanatili sa sarili, na ang paglikha ng mga naunang nanostructure ay tumutulong sa paggawa ng mga sumusunod na nanostructure.
Samantala, ang paggamit ng laser polarization ay nagbigay sa mga mananaliksik ng karagdagang kontrol sa pagkakaayos at simetriya ng mga nanostructure sa nanoscale, na nagpapahintulot ng tumpak na pagbuo ng mga iba’t ibang mga nano-array.
“Sa pamamagitan ng paggamit ng anisotropic feedback mechanism na matatagpuan sa laser-material interaction system, nakamit namin ang polarization-controlled nanolithography sa silicon.”
– Ang may-akda ng pag-aaral, Dr. Asgari Sabet
Ang bagong pamamaraan ng paggawa ay nakamit ng mga sukat ng feature na maliit na 100 nm, na isang malaking pagbuti sa mga konbensional na mga rehiyon.
Ang pag-aaral na ito ay may malaking implikasyon para sa mga sistema sa nanoscale na may mga partikular na mga istraktura sa pamamagitan ng pagpapakita ng large-area volumetric nanostructuring na may multi-dimensional na kontrol at mga tampok na lampas sa diffraction limit. Ayon sa mga mananaliksik, ang mga potensyal na pag-unlad sa hinaharap na maaaring resulta mula sa pag-aaral na ito ay kinabibilangan ng mga metamaterials, metasurfaces, mga aplikasyon sa pagpoproseso ng impormasyon, at mga photonic crystals.
Ang pag-aaral ay nagpapakita rin ng malaking potensyal para sa integrasyon sa mga on-chip systems, kung saan ang mga nanograting na naipakilala ay isang hakbang patungo sa layuning ito. Ang pag-aaral ay nagtala rin na ito ay ang unang multi-layer Si photonics.
Sa kabuuan, ang pag-aaral ay nagtatag ng “isang bagong paradigm ng paggawa para sa silicon. Ang kakayahan na maggawa sa nanoscale direktang sa loob ng silicon ay nagbubukas ng isang bagong rehiyon patungo sa karagdagang integrasyon at advanced photonics,” ayon kay Propesor Tokel. Ang susunod na hakbang para sa pag-aaral ay imbestigahan kung ang kumpletong 3D nano-fabrication sa Si ay maaaring makamit.
Mga Nanomaterial na Nagbubukas ng Daan para sa Susunod na Henerasyon ng Pagkukuha ng Impormasyon
Kung titingnan natin sa itaas, ang mga mananaliksik ay nagtutok sa nanostructure para sa mas mahusay na mga resulta. Ang nanotechnology ay tungkol sa pagkontrol ng materyal sa nanoscale, na may sukat na mula 1 hanggang 100 nanometers.
Sa ganitong maliit na sukat, makakaranas tayo ng mga kakaibang mga katangian at pag-uugali ng mga materyal, na nagpapahintulot sa mga mananaliksik at engineer na manipula ito para sa iba’t ibang mga aplikasyon. Bilang resulta, ang nanotechnology ay may malaking implikasyon sa maraming mga industriya, kabilang ang enerhiya, electronics, medisina, at agham ng materyal.
Sa pamamagitan ng malaking potensyal na solusyon sa ilang mga pinakamalalang mga hamon ng mundo, ang nanotechnology ay patuloy na umuunlad na may mga patuloy na mga pag-unlad at pagbagong, lalo na sa pagkukuha ng impormasyon at electronics. Ang nanotechnology ay talagang nag-ambag ng malaki sa mga pangunahing pag-unlad sa mga sektor na ito, na humantong sa mas mabilis, mas maliit, at mas portable na mga sistema.
Halimbawa, ang mga nanomaterial tulad ng graphene at carbon nanotubes ay nagpakita ng pangako sa pagbuo ng mga flexible at transparent na electronics.
Ang mga nanostructure ay nagbago sa mga larangan ng semiconductors at pagkukuha ng impormasyon sa pamamagitan ng pagpapabuti ng mga electrical, optical, at magnetic na mga katangian ng mga materyal lampas sa kanilang mga bulk na mga katapat.
Sa kontekstong ito, ang mga pag-unlad ay ginagawa sa quantum computing at komunikasyon sa pamamagitan ng mga nanoscale na quantum bits. Bukod dito, ang mga pag-aaral ay patuloy na nagpapabuti ng mga nanomaterial para sa mga battery na may mataas na kapasidad at mga supercapacitor. Samantala, ang mga pag-unlad sa mga pamamaraan ng nanoscale fabrication ay nagpapahintulot sa paglikha ng mga miniaturized na mga device at mga komponente na may powerful na pagganap.
Sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa pagbuo ng mga mas maliit at mas efficient na mga device tulad ng mga nanoscale transistors at memory chips, ang nanotechnology ay napakataas na pinataas ang pagkukuha ng impormasyon at kapasidad ng pag-iimpan, na nagpapalawak sa mga limitasyon ng Moore’s Law.
Ang Moore’s Law na tinutukoy dito ay binuo ng co-founder ng Intel na si Gordon Moore, na nagmungkahi na ang bilang ng mga transistor sa isang solong chip ay magdo-doble halos bawat dalawang taon, na may minimal na pagtaas ng gastos.
Kung titingnan natin, ito ay sa dekada ng 1950 nang ang mga transistor ay unang pumalit sa mga vacuum tube bilang ang pangunahing komponente ng mga electronic na circuit. Habang ang mga transistor ay karaniwang may sukat na isang sentimetro, ito ay kalaunan ay sinusukat sa mga millimeter.
Pabilis sa simula ng siglo, ang sukat ay nabawasan sa pagitan ng 130 hanggang 250 nanometers, na kalaunan ay pababa pa sa isang 14 nanometers noong mga dekada na nakalipas. Pagkatapos, noong 2015, ang IBM ay naghalo ng sukat na ito sa pamamagitan ng pagbuo ng unang 7-nanometer transistor. Ang paglalakbay patungo sa mas maliit ngunit mas mahusay at mas mabilis na mga transistor ay patuloy hanggang ngayon.
Sa mga nagdaang taon, ang pinakamaliit na sukat ng transistor sa produksyon ay nabawasan sa 3 nm, na may pag-anunsyo ng IBM ng isang 2 nm transistor noong Mayo 2021, na mas maliit kaysa sa isang strand ng DNA. Tinitingnan natin ang mga transistor dahil ito ay pangunahing nagpapatakbo ng halos lahat ng mga electronic na device.
Kapansin-pansin, habang ang mga transistor ay nagiging mas maliit, ang mga ito ay nagkakaroon ng mas kaunting konsumo ng enerhiya at nagiging mas mabilis. Gayunpaman, marami ang naniniwala na hindi mo maaaring gawin ang isang bagay na mas maliit nang sa ganito kung gaano katagal, at sa huli ay hindi mo na magagawa ang pagpapabuti ng mga ito. Ito ang dahilan kung bakit kailangan ng mga bagong nanomaterial at advanced na teknolohiya upang mapabuti ang ating mga device.
Ito ay humantong sa mga siyentipiko na ilipat ang kanilang pagtuon sa mga teknolohiya tulad ng mga neuromorphic na sistema, na nangangailangan ng pagbuo ng mga bagong artificial na neuron at synapses na makakapagpatupad ng mga pagganap na lampas sa mga standard na CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) na mga circuit.
Sa pamamagitan ng paggamit ng mga artificial na neuron at synapses, ang mga kompyuter na ito ay nagmumukhang katulad ng pagpoproseso ng impormasyon ng tao. Ito ay nagpapahintulot sa kanila na makilala ang mga pattern, malutas ang mga problema, at gumawa ng mga desisyon nang mas mabilis at mas efficient kaysa sa mga kasalukuyang kompyuter. Bagaman ang larangan na ito ay bago pa, ito ay nagpapakita ng pangako sa cognitive computing, autonomous na mga sasakyan, at AI, kung saan ang bilis at kahusayan ay mahalaga.
Ang mga mananaliksik ay nagpapatuloy rin sa pag-aaral ng mga bagong mga klase ng mga materyal, tulad ng mga quantum dot at graphene, upang matugunan ang mga pangangailangan ng advanced na pagkukuha ng impormasyon. Ang mga pag-aaral ay nagpapakita ng Quantum Dot Cellular Automata (QCA) upang magdisenyo ng mga nanoscale na kompyuter na may mga pagbuti sa bilis at kahusayan.
Bukod sa graphene, ang mga 2D na materyal tulad ng transition metal dichalcogenides (2D-TMDs) ay tinutungo para sa paggamit sa mga semiconductor. Ang malawak na sukat ng ibabaw ng materyal na ito ay nagpapahintulot ng efficient na interaksiyon ng liwanag at nagpapabuti ng paggamit nito sa pagmamaniplula ng liwanag, habang ang unusual na charge carrier mobility nito ay nagpapataas ng pagganap ng device. Ang katatagan nito ay nagpapahintulot sa mga real-world na aplikasyon.
Kung titingnan natin sa itaas, ang pinakabagong pag-aaral na nakamit ng nanofabrication sa loob ng silicon ay naglalayong magpahintulot sa susunod na henerasyon ng silicon-based na mga chip na may mas mataas na pagpoproseso.
Mga Kompanya na Nagtatrabaho sa Advanced Computing Tech
Kung titingnan natin ang mga kompanya na kasangkot sa larangan na ito, ang Applied Materials (AMAT) ay nagbibigay ng nanomanufacturing technology para sa mga advanced na semiconductor. Ang Advanced Micro Devices (AMD) ay nagtatrabaho sa mga high-performance computing hardware at nag-eeksperimento sa mga advanced na teknolohiya sa pagkukuha ng impormasyon.
Ang NVIDIA Corporation (NVDA), na kilala sa mga GPU nito, ay lubos na nakikilahok sa quantum computing research. Ang mga superkompyuter ng Nvidia ay ginagamit sa pagbuo ng mga quantum annealing system upang malutas ang mga partikular na mga problema. Ang Nvidia, na kadalasang tinutukoy bilang ang ‘AI darling,’ ay nakakita ng pagtaas ng 157% sa mga share nito sa loob ng isang taon.
Ang kompanya ay nakapagtala ng record na mga benta na $26bln sa unang kwarter ng 2024, na tumaas ng 18% mula sa naunang kwarter at 262% mula sa isang taon na nakalipas. Ang korporasyon ay nag-anunsyo rin ng isang 10-sa-1 na stock split noong Hunyo 7, 2024, at pinalaki ang quarterly na cash dividend nito sa $0.01.
Tingnan natin ang mga kompanya na nagpapioneer sa pananaliksik sa advanced na pagkukuha ng impormasyon, nanotechnology, at mga inobasyon sa disenyo ng chip.
#1. IBM
Ang International Business Machines Corporation (IBM) ay isang tanyag na kompanya ng teknolohiya na kasangkot sa mga pagkakataon sa cloud at AI. Ang pagtuon nito ay sa pananaliksik sa quantum computing at pagpapabuti ng teknolohiya ng semiconductor.
Sa nakalipas na taon, ang kompanya ay ipinakilala ang pinakabagong henerasyon ng quantum processor nito, ang IBM Heron, na may 133 na fixed-frequency qubits at isang 3-5 na pagbuti sa pagganap ng device.
Ayon kay Jay Gambetta, VP sa IBM Quantum:
“Ang buong lakas ng paggamit ng quantum computing ay magiging napapakinabangan sa pamamagitan ng generative AI upang payamanin ang karanasan ng developer.”
(IBM )
Ang kompanya ay may market cap na $180.57bln, at ang mga share nito ay nagtatrade sa $195.51, na tumaas ng 19.86% sa loob ng isang taon. Ang dividend yield nito ay 3.41%. Para sa ikalawang kwarter ng 2024, ang IBM ay nag-ulat ng revenue na $15.8bln, na tumaas ng 2% mula sa naunang taon.
Ang free cash flow, samantala, ay $2.6bln, na ang kompanya ay itinaas sa $12bln para sa buong taong tanaw, na may $1.5bln na naibalik sa mga shareholder sa mga dividend sa panahong iyon. Ang kompanya ay natapos ang kwarter na may $16bln sa cash, restricted cash, at mga securities na mapang-asahan. Habang binanggit ang kahusayan ng IBM sa enterprise AI at ang paglago ng generative AI business nito sa higit sa $2bln mula noong ipinakilala ang Watsonx isang taon na ang nakalipas, ang CEO ng IBM na si Arvind Krishna:
“Nagkaroon kami ng isang matibay na ikalawang kwarter, na lumampas sa ating mga inaasahan.”
#2. Intel Corporation
Ang Intel Corporation (INTC) ay nagtatrabaho sa mga disenyo ng chip at nag-eeksperimento sa mga advanced na teknolohiya sa pagkukuha ng impormasyon. Ang semiconductor chip maker na ito ay ang nag-imbento ng x86 series ng mga microprocessor, na matatagpuan sa halos lahat ng mga personal na kompyuter. Ang kompanya ay kasalukuyang nagtatrabaho sa pagbabalik sa gilid ng global na paggawa ng chip, kung saan nakatanggap ito ng pondo sa pamamagitan ng mga grant at mga utang mula sa gobyerno ng Estados Unidos.
Sa pamamagitan ng pananaliksik sa neuromorphic, ang Intel ay naglalayong pabilisin ang kinabukasan ng adaptive AI sa pamamagitan ng co-designing ng mga optimizadong hardware na may mga susunod na henerasyon ng AI software. Bukod dito, ang Intel ay nagtatag ng Intel Neuromorphic Research Community (INRC). Ang global na pagtutulungan na ito ay nagtutulungan ng mga team mula sa mga institusyon sa pananaliksik, mga grupo ng akademiko, mga kompanya, at mga laboratoryo ng gobyerno upang mapabuti ang hangganan ng brain-inspired AI.
(INTC )
Ang kompanya ay may market cap na $89.56bln, at ang mga share nito ay nagtatrade sa $21.06, na bumaba ng 58.23% sa loob ng isang taon. Para sa ikalawang kwarter ng 2024, ang Intel ay nag-ulat ng mga “nakakalungkot” na mga resulta sa pananalapi, na may revenue na $12.8bln, na bumaba ng 1% mula sa naunang taon, habang ang non-GAAP EPS ay $0.02. Ang kompanya ay nag-anunsyo ng pag-suspend ng dividend simula sa ikaapat na kwarter ng 2024 habang nagpapatuloy sa “mahabang panahon na pagtutok sa isang kompetitibong dividend habang ang mga cash flow ay bumabuti sa mas mataas na antas.”
Kongklusyon
Ang advanced na pagkukuha ng impormasyon, na nakatuon sa mga bagong mga pamamaraan at teknolohiya na nagpapatakbo ng mga inobasyon sa pagkukuha ng impormasyon, ay nakakakuha ng malaking interes mula sa mga kompanya, mga mananaliksik, mga engineer, at mga gobyerno. Dahil ito ay fundamental sa cybersecurity, mga financial na merkado, at maraming mga kritikal na mga impraestruktura. Bukod dito, ang widespread na paggamit ng AI ay sinusuportahan ng advanced na pagkukuha ng impormasyon, kasama ang data, mga algorithm, at mga microchip.
Sa nakalipas na ilang dekada, ang mga pag-unlad sa teknolohiya ng pagkukuha ng impormasyon ay napakataas na pinabuti ang pagganap at pag-andar ng mga device na ating ginagamit, na nagpapatakbo ng paglago ng digital na ekonomiya. Dahil sa malaking epekto nito sa lipunan, ang patuloy na pananaliksik at pag-unlad ay kinakailangan upang matugunan ang mga pangangailangan ng mga power-hungry na pagkukuha ng impormasyon at upang magbukas ng daan para sa advanced na pagkukuha ng impormasyon, na nagpapahintulot sa paglikha ng mga produkto at mga serbisyo na dating hindi nakikita.
Pindutin ito para sa isang listahan ng mga nangungunang nanotechnology stocks.
