Le 10 migliori aziende informatiche non basate sul silicio

Dal silicio alle nuove forme di calcolo

L’industria informatica è nata quando i dispositivi meccanici hanno iniziato a eseguire calcoli fino ad allora riservati al cervello umano. Ma fu con le valvole termoioniche e, più tardi, con i transistor che si cominciarono a creare i veri computer.

La rivoluzione successiva furono i chip per computer in silicio, con una densità di transistor sempre crescente per una potenza di calcolo sempre crescente.

Fonte: Mobile First

Attualmente, l’industria dei semiconduttori sta sperimentando sistemi sempre più potenti per creare chip nella gamma dei 5 nm e addirittura dei 2 nm. Questo ci sta portando sempre più vicini a un problema, poiché, a un certo punto, utilizzare transistor di silicio sempre più piccoli non sarà più possibile.

Un singolo atomo di silicio è un limite teorico, ma problemi pratici di ingegneria probabilmente lo renderanno possibile prima di tale soglia.

Quindi, la potenza di calcolo smetterà di progredire da qui in poi? Probabilmente no.

Tuttavia, la soluzione sarà eseguire i calcoli utilizzando principi completamente nuovi. In realtà esistono molti modi potenziali per eseguire calcoli senza fare affidamento sui transistor al silicio. Possiamo esaminare le idee più promettenti senza entrare nei dettagli tecnici.

Semiconduttori non silicio

Un semiconduttore è un materiale con la capacità di passare dall'essere conduttivo (trasmette corrente elettrica, crea un dato "1" in binario) o un isolante (blocca la corrente elettrica, crea un dato "0" in binario).

Il silicio è stato il materiale preferito per la creazione di chip semiconduttori, ma ora si stanno esplorando numerose alternative. Qualsiasi materiale che mostri la proprietà chiamata band gap può essere un buon candidato.

Fonte: Educazione energetica

Biossido di vanadio

Per molto tempo il biossido di vanadio è stato visto come una buona opzione per sostituire il silicio. Questo perché subisce un fenomeno noto come “transizione metallo-isolante”, che richiede solo un trilionesimo di un secondo.

La velocità della transizione metallo-isolante dovrebbe consentire un'elettronica più veloce e più piccola rispetto all'elettronica classica basata sul silicio.

Recenti ricerche sono riuscite a studiare il biossido di vanadio depositato su un substrato di biossido di titanio.

Hanno anche scoperto che anche il biossido di titanio può essere un semiconduttore. Questa scoperta potrebbe consentire la creazione di chip neuromorfici in grado di apprendere a livello hardware, prendendo ispirazione dal cervello dei sistemi viventi dotati di neuroni.

Grazie alla sua rapidissima transizione isolante-metallo, il biossido di vanadio con un substrato attivo di biossido di titanio potrebbe essere utilizzato per creare Oscillatori a spillo simili ai neuroni di Mott in grado di replicarsi a livello hardware dei neuroni biologici.

Grafene

Un altro buon candidato è il grafene, un materiale 2D con conduttività elettrica estremamente elevata. È addirittura un potenziale superconduttore e un “materiale meraviglioso” le cui proprietà vengono ancora scoperte in tempo reale.

Puoi leggere di più sui primi tentativi riusciti di trasformare il grafene in un materiale semiconduttore nel nostro articolo "Semiconduttori al grafene: sono finalmente arrivati?"

Materiali organici

Secondo una recente scoperta, il materiale organico potrebbe essere costretto a formare una struttura 2D simile al grafene. Ciò potrebbe renderli ultraconduttivi come il grafene, pur mostrando naturalmente proprietà di semiconduttore, contrariamente al grafene che deve essere “costretto a farlo”.

Puoi saperne di più su questa opzione in "I semiconduttori organici possono combinare i vantaggi del grafene e del silicio?"

Ottimizzazione del consumo energetico dei semiconduttori

Un problema con l'utilizzo di transistor sempre più veloci e più piccoli è il crescente consumo energetico.

Un’alternativa potrebbe essere quella di utilizzare una tecnica chiamata “redox gating”. Ciò si basa maggiormente su una reazione chimica (redox) e potrebbe ridurre drasticamente la domanda di energia.

Se il prezzo dell’informatica iniziasse ad aumentare a causa dei costi energetici più che dei chip stessi, anche questa è una soluzione che potremmo vedere implementata. Abbiamo esplorato le ultime novità su questo argomento in “Il gating Redox potrebbe portare a nuovi livelli di efficienza nei piccoli dispositivi elettronici".

Photonics

Materiali semiconduttori alternativi cercano di sostituire il silicio. Ma cosa accadrebbe se l’informatica venisse eseguita interamente senza l’uso di elettroni, transistor e semiconduttori?

Questa è l'idea della fotonica, che cerca di eseguire calcoli direttamente con la luce.

La luce è la cosa più veloce nell’universo, quindi potrebbe essere ordini di grandezza più veloce del calcolo basato sul silicio e sui semiconduttori.

In pratica, la fotonica potrebbe ancora coinvolgere il silicio ma potrebbe anche affidarsi ai cristalli.

Data la natura ondulatoria della luce, la progettazione fotonica si basa su curve e principi di progettazione unici (e in qualche modo non ancora maturi a livello tecnologico) che differiscono da quelli utilizzati per i semiconduttori.

Fonte: Sinossi

Quantum Computing

Il calcolo potrebbe anche essere effettuato misurando non la corrente elettrica ma lo stato quantistico delle particelle.

Invece di generare 0 e 1 (nessuna corrente o corrente), utilizza “bit quantistici”, chiamati qubit, dove i dati delle particelle sono 0 E 1 contemporaneamente, oppure 1, o 0.

A causa della differenza fondamentale nel calcolo, il calcolo quantistico non è un’alternativa al calcolo “normale” ma piuttosto un complemento.

L’informatica standard funziona in modo lineare e fatica con calcoli molto complessi, come la modellazione climatica, la crittografia o la configurazione 3D di molecole complesse come le proteine. E questo è proprio il tipo di calcolo in cui si prevede che l’informatica quantistica eccellerà.

Quindi, anche se forse non sostituiranno il silicio, i computer quantistici potrebbero svolgere compiti migliori che prima erano quasi impossibili per i chip di silicio.

Puoi leggere di più sulle ultime novità nel campo dell’informatica quantistica nel nostro articolo “Lo stato attuale dell'informatica quantistica".

Organoidi biologici

I nostri cervelli sono essenzialmente supercomputer, almeno quando si tratta di processi come il riconoscimento di schemi, il linguaggio, ecc. E molto efficienti in questo, consumando appena poche dozzine di watt.

Una startup svizzera, FinalSpark, ha ora sviluppato una sfera (organoidi) di 0.5 mm di diametro composta da 10,000 neuroni umani. E lo usa per eseguire calcoli. Il servizio sarà accessibile anche attraverso il cloud.

Si tratta di un campo molto nuovo e non è ancora chiaro fino a che punto si spingerà. Ma chissà, forse un giorno i nostri dispositivi a guida autonoma funzioneranno con neuroni invece che con chip.

Le 10 migliori azioni non siliciche

1. International Business Machines Corporation

La International Business Machines Corporation (IBM) è stata la forza trainante dietro la commercializzazione del primo computer mainframe. Tuttavia, è rimasta indietro nel volume di produzione di altri giganti della tecnologia come Apple, TSMC e NVIDIA.

È, tuttavia, in prima linea nello sviluppo dei computer quantistici. Ad esempio, ha sviluppato il suo computer quantistico “Eagle” da 127 qubit, seguito da un sistema da 433 qubit noto come “Osprey”.

E questo è adesso seguito da “Condor”, un processore quantistico da 1,121 qubit superconduttori basato sulla tecnologia dei gate a risonanza incrociata, insieme a “Heron”, un processore quantistico all’avanguardia.

IBM è coinvolta nella maggior parte delle altre innovazioni all'avanguardia nel settore informatico e dei semiconduttori. Questi includono conduzione di materiali organici, calcolo neuromorfico, fotonica, ecc.

In una certa misura, IBM è diventata una “società di brevetti” con esperienza nello sviluppo di nuovi metodi informatici e nella concessione di licenze all’industria.

Finora, sembra molto determinata a detenere il maggior numero possibile di brevetti chiave in tutti i metodi informatici non basati sul silicio, replicando il suo successo passato contribuendo in modo massiccio allo sviluppo dell’industria dei semiconduttori fino a farla diventare il gigante che è oggi.

2. Microsoft Corporation

Già leader nei servizi cloud “normali”, Microsoft è pioniera nell’offerta di servizi cloud di calcolo quantistico Azure Quantum.

È del tutto possibile che in futuro la maggior parte dei calcoli quantistici verrà eseguita "da remoto", affidandosi a servizi cloud come quelli di Microsoft, anziché tramite l'accesso diretto a un computer quantistico.

Ciò è particolarmente probabile poiché la maggior parte delle applicazioni dell’informatica quantistica saranno studiate da biochimici, esperti di scienze dei materiali, scienziati del clima e altri specialisti senza un background specifico nell’informatica quantistica.

Quindi affidarsi a professionisti dedicati che lavorano presso aziende come IBM, Microsoft o Google per gestire la parte informatica ha più senso che assumere o formare persone non addestrate sul campo.

Offerte di servizi Microsoft “calcolo ibrido”, che mescola il calcolo quantistico con il tradizionale servizio di supercomputer basato su cloud.

Fonte: Microsoft

Invece dell'integrazione verticale, l'approccio di Microsoft al calcolo quantistico è stato quello di stabilire partnership con leader nel campo che coprono praticamente tutte le tecnologie possibili per realizzare il calcolo quantistico, come IonQ (IONQ), Pasquale, Quantino, QCI (QUBT), e Rigetti (RGTI).

Fonte: Microsoft

Anche Microsoft stabilito alla fine del 2023 una collaborazione con Photonic, una società che lavora sulla fusione dell'informatica quantistica e della fotonica.

Microsoft ha anche ha lavorato su chip fotonici analogici per il settore finanziario.

Il calcolo quantistico non è centrale per l'attività di Microsoft, almeno per ora. Tuttavia, è un attore chiave del settore e potrebbe rappresentare una scelta azionaria "più sicura" rispetto all'acquisizione diretta di azioni dei suoi partner quotati in borsa nel calcolo quantistico, come QCI o Rigetti.

3. Alphabet Inc.

Google è molto attiva nel campo dell’informatica quantistica, principalmente attraverso il suo laboratorio Google Quantum AI e il campus Quantum AI a Santa Barbara.

Il computer quantistico di Google ha fatto la storia nel 2019, quando Google ha affermato di aver raggiunto la "supremazia quantistica" con la sua macchina Sycamore, eseguendo in 200 secondi un calcolo che avrebbe richiesto 10,000 anni a un supercomputer convenzionale.

Ma forse il contributo più grande di Google sarà nel software, un'attività in cui ha una reputazione molto migliore rispetto all'hardware (ricerca, GSuit, Android, ecc.). L'intelligenza artificiale quantistica di Google mette già a disposizione una suite di software progettata per assistere gli scienziati nello sviluppo di algoritmi quantistici.

Anche Google è un sostenitore attivo di aziende di fotonica come Lightmatter.

Google sarà probabilmente una delle aziende che stabilirà gli standard del software e della programmazione dell’informatica quantistica, offrendo un posto privilegiato per indirizzare l’evoluzione futura del settore. La sua potente attività di rete e di capitale di rischio probabilmente darà spazio anche a qualsiasi altra forma di elaborazione non basata sul silicio.

4. Intel

Intel è un importante produttore di chip e sembra mirare a sfruttare questa forza nell’arena dell’informatica quantistica.

È stato recentemente rilasciato “Tunnel Falls”, il “chip qubit spin in silicio più avanzato”. Ciò che è notevole è che non si tratta di un prototipo ma di un chip costruito su larga scala, con un tasso di rendimento del 95% su tutto il wafer e uniformità di tensione. Ciò apre la strada alla produzione di massa di chip per il calcolo quantistico, qualcosa per ora sfuggente in un settore nascente e in rapida evoluzione.

Fonte: Intel

Fedele alle sue radici, Intel sta sviluppando anche il software per utilizzare i suoi chip, con il rilascio del SDK Intel QuantumCiò fornisce le linee guida per i programmatori che vogliono sviluppare software per il calcolo quantistico compatibile con la progettazione di chip quantistici Intel, che storicamente ha rappresentato un forte e redditizio vantaggio commerciale per il business dei chip convenzionali di Intel.

Fonte: Intel

L’arrivo della produzione scalabile di chip quantistici potrebbe essere rivoluzionario per il settore quanto qualsiasi altra scoperta scientifica di carattere più tecnico, poiché ridurrà i costi e stabilirà standard di programmazione e architetture di chip comuni.

Alla fine del 2023, Intel ha deciso cedere la propria attività nel settore della fotonica a Jabil (JBL).

Nel complesso, Intel sta facendo progressi nel campo dell’informatica quantistica e sembra avere una strategia chiara per concentrarsi su questo argomento rispetto alla fotonica e ad altre alternative.

5. Nvidia

Il produttore leader di schede grafiche e, più recentemente, di piattaforme di mining di criptovalute e chip di intelligenza artificiale si è ora davvero evoluto da produttore di componenti per PC a uno dei giganti tecnologici globali.

Nvidia è attiva anche nello spazio dell'informatica quantistica, con i suoi NVIDIA DGX quantistico combinando chip normali e calcolo quantistico utilizzando la nuova piattaforma software quantistica CUDA open source.

Fonte: Nvidia

Cercando di rafforzare la propria leadership nell'intelligenza artificiale, Nvidia ha anche rilasciato il suo QuantumX-800 per reti ottimizzate per l'intelligenza artificiale nei data center.

Quando si parla di fotonica, Nvidia ha stretto una partnership con TSMC e Broadcom. Cercherà di creare un singolo modulo attraverso l'ottica co-packaged (CPO) che integra i classici chip di silicio e la fotonica.

Nel complesso, il successo di Nvidia è strettamente legato all'attuale boom dell'intelligenza artificiale, con l'informatica quantistica e la fotonica al secondo posto. Tuttavia, l'azienda trarrà beneficio anche dalla crescita di questi settori e sembra intenzionata a rimanere in gara.

6. Quantinuum/Honeywell

Quantinuum è il risultato della fusione di Honeywell Quantum Solutions e Cambridge Quantum (e, come accennato, partner di Microsoft quantum cloud computing).

Quantinuum sembra, per ora, concentrarsi su segmenti meno esplorati da altri sistemi di calcolo quantistico, in particolare le analisi finanziarie e relative alla catena di fornitura, attraverso il suo motore Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), lanciato nel settembre 2023.

QMCI si applica a problemi che non hanno una soluzione analitica, come la determinazione del prezzo dei derivati ​​finanziari o la simulazione dei risultati di esperimenti di fisica delle particelle ad alta energia, e promette progressi computazionali nel mondo degli affari, dell’energia, della logistica della catena di fornitura e in altri settori.

Come Microsoft, l'informatica quantistica non è il fulcro dell'attività di Honeywell, che è più incentrata su prodotti aerospaziali, automazione e materiali e prodotti chimici speciali.

Tuttavia, considerando che ognuno di questi segmenti di business potrebbe trarre vantaggio dall’informatica quantistica, non è difficile vedere il business case per il coinvolgimento di Honeywell.

Ciò rende Honeywell sia un fornitore di servizi di calcolo quantistico sia una delle aziende che potrebbe trarre vantaggio dall’applicazione dei computer quantistici a casi aziendali reali, qualcosa che l’integrazione di Quantinuum nel gruppo dovrebbe contribuire a promuovere a un ritmo più rapido rispetto ai suoi obiettivi industriali. concorrenti.

7. Synopsys

Qualsiasi sistema fotonico dovrà essere integrato il più perfettamente possibile con i sistemi al silicio, almeno inizialmente. La sinossi può aiutare in questo.

L'azienda è specializzata nella progettazione e verifica del silicio, il che significa che il suo software viene utilizzato per progettare nuovi chip, inclusi chip ultra avanzati da 5 nm e inferiori.

L’azienda offre anche software per la fotonica descritto come “L'unico flusso di progettazione senza soluzione di continuità del settore per dispositivi fotonici, sistemi e circuiti integrati”. Ciò consente di gestire il design e simulazione di nuovi dispositivi fotonici.

Fonte: Sinossi

La società ha inoltre sviluppato una joint venture con Juniper Network per creare Luce aperta, un'azienda di fotonica che utilizza fosfuro di indio.

8. Rete Ginepro

Juniper afferma di offrire la soluzione wireless cloud-native numero 1 e l'unica rete WiFi basata sull'intelligenza artificiale. Questo la pone in diretta concorrenza con giganti più affermati e affermati come Cisco. La tecnologia di Juniper, Juniper Mist, è considerata più scalabile. flessibile e migliore nel rilevamento delle anomalie rispetto alle offerte equivalenti di Cisco.

Le soluzioni dell'azienda si basano in larga misura sull'intelligenza artificiale, con il suo motore di intelligenza artificiale "Marvis" utilizzato a tutti i livelli della rete, dall'utente al data center.

Fonte: Juniper

Per quanto riguarda la sicurezza, Juniper mostra risultati eccezionali anche su firewall, difesa dalle minacce e difesa dagli exploit, superando la maggior parte dei fornitori come Fortinet, Palo Alto, Zscaler, ecc.

Offre anche Ginepro Circuiti integrati fotonici (PIC), che attualmente vengono utilizzati principalmente per la trasmissione di dati e sensori. Si prevede che diventeranno parte integrante dei futuri computer basati sulla fotonica.

Fonte: Sinossi

9. Rigetti Computing, Inc.

Riggeti è una società di informatica quantistica, “possedere proprietà intellettuale critiche per il nostro rivoluzionario processore multi-chip e l'approccio ibrido quantistico-classico che è diventato l'architettura di calcolo quantistico predominante. ".

L’azienda sta integrando tutte le fasi necessarie per l’informatica quantistica, dalla progettazione e produzione dei chip fino alla fornitura della potenza di calcolo nel cloud.

Fonte: Rigetti

L'azienda si concentra non tanto sull'aggiunta del maggior numero possibile di qubit (come stanno facendo giganti come Intel), ma sul perfezionamento del prodotto esistente e sul raggiungimento di un livello molto elevato di fedeltà e velocità, rendendolo un prodotto commerciale più affidabile.

La sua ultima iterazione, Ankaa-84 da 3 qubit, dovrebbe essere rivelata nella seconda metà del 2024. Basandosi sul concetto di Ankaa, l'azienda mira a un sistema da 336+ qubit a lungo termine.

Fonte: Rigetti

Nel dicembre 2023 Rigetti ha avviato le vendite del Sistema a 9 qubit Novera, un “mini computer quantistico” venduto a “soli” 900,000 dollari e una consegna in 4-6 settimane.

I primi clienti includevano l'SQMS Center del Fermilab, l'Air Force Research Lab e l'Horizon Quantum Computing.

La società ha annunciato nella primavera del 2024 che lo avrebbe fatto aderire all'indice Russel 3000.

10. Fotonica IPG

IPG è un produttore di laser che produce praticamente tutti i tipi di laser, inclusi laser a fibra, a diodi, UV e UV profondi. Con 6,200 dipendenti, spedisce oltre 42,000 dispositivi laser all'anno.

La sua specialità sono i laser a fibra, con alti livelli di precisione e la capacità di generare impulsi laser brevi quanto un femtosecondo (un quadrilionesimo di secondo).

I laser IPG sono attualmente utilizzati per:

• Applicazioni scientifiche avanzate (spettroscopia, microscopia, interferometria, intrappolamento ottico, ecc.)
• Produzione di batterie e motori elettrici per veicoli elettrici.
• Lavorazione del materiale, in particolare taglio, intaglio, pulizia e stampa laser 3D dei metalli.
• Microlavorazione laser, dove i laser vengono utilizzati per creare strutture ultra-piccole.

Anche se saranno necessari progressi nei chip fotonici per creare computer interamente basati sulla fotonica, sappiamo già che integrerà gran parte di un componente specifico e già comune: i laser.

La luce per il calcolo fotonico deve basarsi su una luce molto stabile emessa dal laser. Pertanto i leader nel settore dei laser, come IPG, trarrebbero vantaggio da un boom della domanda di laser da parte dell’industria dei semiconduttori che passa progressivamente alla fotonica.

E in questo segmento nascente, gli impulsi laser ultracorti possono essere trasformati in potenza di calcolo ultraveloce.