המיינפריים החדש של יבמ עמיד בפני פריצה קוונטית

בתמונה למעלה: הרכבת מחשב Z16 בחברת יבמ

חברת יבמ הכריזה על מחשב המיינפריים החדש שלה, Z16, אשר מחליף את המחשב Z15 שיצא לשוק בשנת 2019. המחשב מתבסס על המעבד החדש Telum, אשר נחשף באוגוסט 2021. הוא מגיע לשוק עם חידוש יוצא דופן: מערכת הגנה אשר מספקת אלגוריתם הצפנה שהוא עמיד בפני נסיונות פריצה המתבצעים ממחשבים קוונטיים (Quantum Safe Computer). בשיחה עם כתבים, הסביר מנהל תחום הצפנת קוונטום במעבדות יבמ בציריך, מייקל אוסבורן, שטכנולוגיות ההצפנה הנוכחיות באמצעות מפתח ציבורי, כמו RSA או Elliptic-curve, מבוססות על חוסר סימטריה בין הקלות שבה ניתן לייצר מפתח הצפנה לבין הקושי לחשב אותו.

אלא שיש בעיה. אוסבורן: “כדי לפצח מפתח הצפנה מהדור הנוכחי יש צורך במיליון שנות עיבוד. אולם מחשב קוונטי יוכל לעשות זאת בתוך כמה שעות. לאור ההתפתחות בעולם בתחום המיחשוב הקוונטי, אנחנו מעריכים שהמחשב הזה יהיה קיים בשוק בתוך 5-15 שנים. פירוש הדבר שמדובר בבעיה מיידית, מכיוון שכל מידע שלא יוצפן היום בטכנולוגיית Quantum Safe Cryptography, מחר יהיה חשוף בפני אותם מחשבים עתידיים. בעוד 10 שנים לא נוכל לבטוח בחתימות האלקטרוניות שאנחנו מייצרים היום”.

המתימטיקה של השבכה (Lattice)

הפתרון לבעיה נמצא באמצעות אימוץ הצפנה המבוססת על בעיה מתימטית אחרת: האלגברה של השבכה (Lattice-based cryptography), אשר נחקרת מאז אמצע שנות ה-90 כמתימטיקה המאפשרת לייצר מפתח הצפנה ציבורי. חברת יבמ פיתחה סדרת אלגוריתמים מבוססי Lattice, אשר מתמודדים כיום בתחרות של מכון התקנים האמריקאי (NIST) על בחירת תקן האבטחה הלאומי של ארה”ב. לדברי אוסבורן, “המחשבים הקוונטיים כפי שאנחנו מכירים אותם כיום לא יצליחו להתמודד עם הבעיה הזאת.

“יכול להיות שבעתיד יופיעו מחשבים קוונטיים מסוג שונה שכן יצליחו להתמודד איתה, אולם אז נפתח טכנולוגיית הצפנה חדשה. אנחנו צריכים להיערך לעידן שבו נוכל לבצע שינויים מהירים בטכנולוגיות ההצפנה שלנו”. מכיוון שמדובר בבעיית תוכנה ולא בבעיית חומרה, כבר היום ניתן לייצר מחשבים מוגנים בפני פריצת קוונטום (Quantum Safe). מחשב Z16 מגיע לשוק עם ערכת התוכנה אשר מספקת אבטחה בפני פריצה קוונטית, ופרוטוקול אתחול מאובטח (כולל אבטחה קוונטית), המונע מתוקפים להחדיר תוכנות זדוניות לתהליך האתחול כדי להשתלט בהמשך על המערכת. תוכנות ההגנה מותקנות במודול המוגן גם באמצעות חומרה.

ארכיטקטורה חדשה של המעבד המרכזי

המחשב מבוסס על המעבד Telum אשר פותח בשיתוף פעולה עם סמסונג ומיוצר בתהליך ה-7 ננומטר של סמסונג (7nm EUV). הוא כולל 8 ליבות עיבוד הפועלות במהירות שעון של 5GHz וזיכרון מטמון פרטי בנפח של 32MB בכל ליבה, ומאיץ בינה מלאכותית בעוצמת עיבוד של עד 6TFLOPs. לכל ליבה יש גישה אל המאיץ, ויכולת לשעבד את כל עוצמת העיבוד שלו לצורך האצת משימת עיבוד ספציפית. המעבד גם מופיע בתוך מודול בעל שני מעבדים הכולל 22 מיליארד טרנזיסטורים ו-17 שכבות של מוליכים מתכתיים.

חברת יבמ הודיעה שהמעבד תוכנן באופן שניתן להגדילו, במטרה להגיע בעתיד לשבב בעל 32 ליבות ומאיץ בינה מלאכותית בעוצמת עיבוד של עד 200TFLOPs. משפחת מחשבי Z של יבמ נחשבת לאחד מעמודי התווך של הארגונים הפיננסיים הגדולים. חברת Celent מעריכה שמערכות Z מנהלות כ-70% מהעסקאות העולמיות הגדולות ביותר. כך למשל, הן מותקנות ב-45 מתוך 50 הבנקים הגדולים בעולם וב-8 מתוך 10 חברות הביטוח הגדולות בעולם. אחת מהמשימות המרכזיות שלהן היא להיאבק בהונאות פיננסיות.

כיום הבנקים מתקשים להפעיל אלגוריתמים של למידה עמוקה בקנה מידה גדול לצורך איתור הונאות, בגלל בעיית השיהוי. להערכת יבמ, הם מופעלים על פחות מ-10% מהעסקאות בהיקף גדול, ולכן הרבה מאוד הונאות לא מזוהות. מחשב Z16 יתמודד עם האתגר באמצעות יכולת עיבוד של עד 300 מיליארד בקשות להסקת מסקנות ביום, עם שיהוי של אלפית שנייה בלבד. פירוש הדבר הוא צמצום הזמן הנדרש לטיפול בעסקאות הונאה בכרטיסי אשראי, והקטנת מספר ההונאות וסליקות השווא בכרטיסים.

חברת יבמ נסחרת בבורסת ניו יורק לפי שווי שוק של כ-116 מיליארד דולר. בשנת 2021 הסתכמו מכירותיה בכ-57.4 מיליארד דולר, מהם 70% עבור תוכנה ושירותי ייעוץ ואינטגרציה. בתחום מכירת המחשבים הגדולים היא דיווחה על ירידה של כ-3% במכירות, להיקף של כ-14.2 מיליארד דולר.

המענה של יבמ למתקפות כופר: גיבוי סמוי וקלטות מגנטיות מנותקות מהרשת…

בתמונה למעלה: ניר קליינמן, מנהל טכנולוגיות בקבוצת מערכות, יבמ ישראל. צילום: אלעד מלכה

חברת יבמ החלה להפיץ בישראל ובעולם מערכת הגנה המיועדת לנטרל את הנזקים הנגרמים על-ידי מתקפות כופר, דוגמת המתקפה אשר השביתה לאחרונה את בית החולים הלל יפה בחדרה. הפתרון החדש מבוסס על גיבוי רציף של כל המידע הארגוני, אשר מתבצע במקביל לעבודה השוטפת. מדובר בגיבוי מאובטח שלא ניתן להגיע אליו באמצעות ממשקי הגישה הרגילים, אלא רק באמצעות גישה פיסית אל מחשב ספציפי – הנמצא באתר מוגן. מנהל הטכנולוגיות בקבוצת המערכות של יבמ ישראל, ניר קליינמן, סיפר ל-Techtime שהחברה מספקת את הפתרון במסגרת חבילת ההגנה הכוללת שלה, Zero Trust.

משתמש-העל נמחק – והגישה למידע נחסמה

קליינמן: “בדרך-כלל, כאשר האקר חודר למערכת הוא מנסה לאתר את כל הגיבויים הקיימים כדי למחוק אותם או לשנות אותם. אולם העותק הזה הוא בלתי נגיש (Safeguarded Copy), מכיוון שההגדרה שלו בוצעה באופן חד-פעמי באמצעות משתמש-על (Super User), אשר נמחק מהמערכת וכבר לא קיים בה יותר. הדרך היחידה להחיות את משתמש-העל ולקבל בחזרה את המידע המוגן, היא להגיע פיסית אל פורט טכנאים, שהאקר מקוון כמובן לא יכול להגיע אליו”.

לדבריו, היכולת הזאת הוטמעה בכל מערכות האחסון ממשפחת FlashSystem של יבמ. “הרעיון הזה הגיע מעולם המיינפריים, וכעת אנחנו גם משווקים אותו  בעולם ‘המערכות הפתוחות’, כלומר מערכות שבהן מערך האחסון הוא מוצר בפני עצמו ולא חלק בלתי נפרד מהמחשב. הפתרון מתאים לכל מערכות ההפעלה הקיימות בשוק, ולא רק למערכת ההפעלה של המיינפריים. בעולם המיינפריים הוא כבר נמצא אצל רוב הלקוחות הגדולים. בסביבת המערכות הפתוחות אנחנו מבצעים כעת הטמעות ראשונות בארגונים בארץ”.

טייפים מגנטיים עם הצפנה קוונטית

אלא שמרכיב הגיבוי הסמוי הוא רק חלק אחד בתפיסה הכוללת של חברת יבמ, אשר מאמינה שכדי להגן על המידע – חייבים לנתק אותו מהרשת. “הדרך היחידה להרחיק מידע מהרשת היא לנתק מגע פיסית ולשמור את המידע על-גבי קלטות טייפ מגנטיות שלא ניתן לגשת אליהן כחלק ממערכת הקבצים ולא ניתן לבצע בהן שינויים כמו מחיקה או עדכון. הלקוחות צריכים להחזיק אצלם ספרייה של טייפים מגנטיים. הם גדולים, חזקים ואמינים יותר מכל HDD המצוי בשוק”. מדובר בטייפים מגנטיים בטכנולוגיית Linear Tape-Open שהחלה את דרכה כבר בשנות ה-90, וכיום התקנים שלה מוגדרים על-ידי הקונסורציום התעשייתי LTO Ultrium, אשר מנוהל על-ידי יבמ, HP וחברת Quantum Corporation.

בתמונה: כונן הגיבוי של יבמ הכולל קלטת טייפים לשמירת מידע בנפח של עד 45TB בכל קלטת

תקן LTO-8, למשל, מאפשר לאגור בקלטות מידע דחוס בנפח של 30TB בכל קלטת. התקן העדכני ביותר של הקבוצה, LTO-9, כולל קלטות מגנטיות במסד “19 המאפשרות לאגור מידע דחוס בנפח של עד 45TB בכל קלטת, ולאחזר אותו בקצב של עד 400MB/s. בינתיים רק יבמ, HP, סוני ופוג’יפילם קיבלו הסמכות למוצרים העומדים בתקן LTO-9. “כיום מתחילים הדיונים על תקן הדור הבא, LTO-1060, אשר יופיע ביחד עם הצפנה קוונטית. הוא יהיה אחד ממוצרי החומרה הראשונים בשוק עם הצפנת קוונטום. להערכת יבמ, הטייפים היו ויהיו הפתרון הנכון לשמור מידע בצורה נקייה ונתיקה”.

מפת הדרכים של קונסוציום LTO Ultrium לביצועי קלטות הגיבוי המגנטיות
מפת הדרכים של קונסוציום LTO Ultrium לביצועי קלטות הגיבוי המגנטיות

יבמ מקימה רשת של מחשבים קוונטיים מסחריים

בתמונה למעלה: המחשב הקוונטי שנחנך במעבדות פראונהופר בגרמניה. השוק צומח בשיעור של כ-30% בשנה. צילום: IBM Research

חברת יבמ (IBM) מקימה רשת של מחשבים קוונטיים מסחריים, שהגישה אליהם תתבצע באמצעות שירות הענן של החברה. אתמול (ג’) נחשף המחשב הראשון ברשת החדשה, אשר פועל במכון המחקר הגרמני פראונהופר (Fraunhofer-Gesellschaft) ונחשב למחשב הקוונטי החזק ביותר באירופה. מדובר במחשב הראשון מסוג IBM System One אשר פועל מחוץ למעבדות יבמ בניו יורק. הוא מבוסס על השבב הקוונטי פאלקון (Falcon) המספק עוצמת מחשוב קוונטית בגודל של 27 קיוביט.

השלב הבא בפריסת הרשת המסחרית של יבמ כולל התקנת מחשב דומה בחודש הבא ביפן, ובשנה הבאה צפויה התקנת מחשב נוסף במרכז המחקר הרפואי Cleveland Clinic באוהיו, ארה”ב. ליבמ ולמרכז המחקר יש הסכם שיתוף פעולה בן 10 שנים לפיתוח תרופות, שבמסגרתו התחייב המרכז לרכוש את מחשב הדור הבא של יבמ, שיהיו בו יותר מ-1,000 קיוביט. להערכת יבמ יש בשוק דרישה גבוהה לביצוע עיבוד באמצעות מחשבים קוונטיים.

הדור הבא: מחשב קוונטי בעוצמה של 1,000 קיוביט

הגישה אל המחשבים מתבצעת באמצעות הענן ההיברידי של יבמ, אשר מספק גישה גם אל כלי בינה מלאכותית שהחברה מספקת. כדי לסייע לחוקרים לבצע עיבודים במחשב קוונטי בלא צורך לרכוש אותו, החברה הקימה את רשת IBM Q Network המספקת גישה למחשוב קוונטי לקהילה של יותר מ-150 ארגונים מובילים – מוסדות מחקר ואקדמיה, חברות תעשיה ומחשוב גדולות, גופים פיננסיים, ארגונים ציבוריים ועוד. הרשת הוקמה על-סמך הנסיון שניצבר בפלטפורמת IBM Quantum Experience שהוקמה ב-2016. להערכת יבמ הפלטפורמה הציבורית משרתת קהילה של כ-325 אלף משתמשים.

הניסויים והיישומים הקוונטיים שבוצעו ברשת הציבורית הביאו לפרסום של כ-400 מאמרים מקצועיים. בשנת 2019 הציגה יבמ מפת דרכים שבמסגרתה היא תפתח מחשב קוונטי בעוצמה של יותר מ-1,000 קיוביט עד לשנת 2023. החודש היא חתמה על הסכם חמש שנתי עם ממשלת בריטניה בהיקף של 210 מיליון ליש”ט להקמת מכון מחקר בתחומי הבינה המלאכותית והמחשוב הקוונטי.

להערכת חברת המחקר והייעוץ Mind Commerce, שוק הטכנולוגיות הקוונטיות יצמח בשיעור שנתי של כ-30% ויגיע להיקף של כ-31.6 מיליארד דולר בשנת 2026. בתוכו החלק המרכזי יהיה שוק המחשוב הקוונטי שיצמח בקצב של 38.4% בשנה ויגיע להיקף של כ-14.2 מיליארד דולר בשנת 2026. סין תהיה המובילה באסיה (4.44 מיליארד דולר ב-2026), גרמניה המובילה באירופה (2.45 מיליארד דולר) וארה”ב תהיה המובילה העולמית. ראוי לציין שהמושג טכנולוגיות קוונטיות מתייחס לתחומים רבים ולא רק למחשוב: חומרים חדשים (quantum dots), חיישנים מסוגים חדשים, מוליכי-על וכדומה.

התוכנה של קלאסיק זמינה לשימוש דרך המחשב הקוונטי של יבמ

חברת קלאסיק (Classiq) הישראלית, המפתחת כלים לכתיבת אלגוריתמים עבור מחשוב קוונטי, הצטרפה לרשת הקוונטום של IBM. קלאסיק השלימה באחרונה תהליך אינטגרציה של הפלטפורמה שלה לשפת הקוד הפתוח של יבמ למחשוב קוונטי, Qiskit, וכעת יוכלו חוקרים, מפתחים וחברות מסחריות להשתמש ולהריץ את התוכנה של קלאסיק על-גבי המחשבים הקוונטים של יבמ.

רשת הקוונטום של יבמ היא למעשה אקוסיסטם שבונה יבמ לקידום תחום המחשוב הקוונטי, והיא כוללת כ-140 אוניברסיטאות ומעבדות מחקר, סטארט-אפים וחברות מסחריות כמו אוניברסיטת אוקספורד, המעבדה הלאומית באוק-רידג’, אקסון מובייל ועוד.

יבמ היא אחת החברות המתקדמות ביותר בתחום המחשוב הקוונטי. ב-2016 היתה יבמ הראשונה שהציעה לחברות, חוקרים ומפתחים גישה למחשב הקוונטי שלה דרך הענן. כיום, הענן של יבמ מספק גישה ליותר מ-20 מחשבים קוונטיים של 5-קיוביטים (Qbit) ו-24-קיוביטים, יחידת החישוב הבסיסית במחשוב קוונטי. בשנה שעברה השיקה מחשב קוונטי חדש עם 65-קיוביטים, שהוא המחשב הקוונטי החזק ביותר נכון להיום.

להוציא לפועל את המהפכה הקוונטית

בחודש אוקטובר האחרון הכריזה יבמ על מפת דרכים שאפתנית בתחום המחשוב הקוונטי, לפיה תסיים לפתח עד סוף שנת 2023 מעבדים קוונטיים הכוללים מערך של 1,000 קיוביטים. מדובר בעוצמת מחשוב הגדולה באופן אקספוננציאלי בהשוואה למחשבים הקוונטיים הקיימים, שכוללים עשרות בודדות של קיוביטים.

קלאסיק הוקמה במאי 2020 על-ידי המנכ”ל ניר מינרבי, סמנכ”ל המו”פ אמיר נווה והטכנולוג הראשי יהודה נווה. החברה מפתחת פתרונות שיאפשרו לכתוב יישומים עבור מחשבים קוונטיים, ויש לה כבר מספר לקוחות בתחומי הבנקאות, הנדסת חומרים ותרופות.בשנים האחרונות חלה פריצת דרך בתחום המחשוב הקוונטי, ורבות מענקיות הטכנולוגיה בונות מחשבים קוונטיים חזקים יותר ויותר שמסוגלים לבצע משימות משמעותיות. ואולם, כדי להוציא לפועל את המהפכה צריך כלי תוכנה שיאפשרו לכתוב יישומים למחשוב קוונטי, וזה מה שעושה קלאסיק.

מנכ”ל החברה ניר מינרבי הסביר ל-Techtime כי “מטרת הרשת של יבמ היא ליצור את התשתית לשיתופי פעולה משמעותיים עם יבמ וליצור את האקוסיסטם העולמי בתחום המחשוב הקוונטי.  הפלטפורמה שלנו מאפשרת למפתחי תוכנה קוונטית להגיע לתוצאות שעד כה נחשבו בלתי אפשריות, ואת התוכנה שלנו ניתן כעת להריץ על מחשבי יבמ.”

יבמ הכריזה על טכנולוגיית ייצור שבבים בגיאומטריה של 2 ננומטר

חברת יבמ (IBM) הכריזה על פיתוח השבב הראשון בעולם המבוסס על טכנולוגיית Nanosheets בגודל 2 ננומטר. להערכת החברה, שבבים אשר ייוצרו בטכנולוגיה החדשה יוכלו לספק ביצועים גבוהים ב-45% או להפחית את צריכת האנרגיה ב-75% בהשוואה לשבבים המיוצרים בגיאומטריה של 7 ננומטר, הנחשבים כיום למתקדמים בתעשייה. “הטכנולוגיה החדשה חיונית לכל תעשיית המידע”, אמר מנהל מעבדות המחקר של יבמ (IBM Research) דריו גיל.

הטכנולוגיה פותחה במעבדת המחקר של יבמ באולבני, ניו יורק, שם ממוקמת מחלקת הננו-טק של החברה. טכנולוגיית Nanosheets שאיפשרה את ייצור השבב החדש, פותחה במסגרת שיתוף פעולה בין יבמ, גלובלפאונדריז וחברת סמסונג, ושימשה כבסיס לפיתוח טכנולוגיית ייצור בגיאומטריה של 5 ננומטר שהשותפות הכריזו עליה בחודש יוני 2017. בארבע השנים שחלפו מאז ההכרזה הזאת, שיפרה יבמ את הטכנולוגיה והביאה אותה לרמה של 2 ננומטר.

חברת יבמ דיווחה שטרנזיסטורי Nanosheets (בתמונה למטה) הם להערכתה בעלי ביצועים טובים יותר מאשר טרנזיסטורי FinFET, המשמשים כיום כטכנולוגיה המרכזית לייצור שבבים בתהליכים מתקדמים כמו 14,10 ו-7 ננומטר. השבב החדש מאפשר לייצר פיסות סיליקון “בגודל ציפורן”, הכוללות עד 50 מיליארד טרנזיסטורים. בהנחה שהשטח של ציפורן האצבע נחשב לכ-150 מילימטר מרובע, פירוש הדבר שהטכנולוגיה מאפשרת להגיע לרמת צפיפות של עד 333 מיליון טרנזיסטורים במילימטר מרובע.

ההכרזה דוחה במספר שנים את ההכרזה על “מותו של חוק מור”, אשר העריך שמספר הטרנזיסטורים בשבב יוכפל בכל 18 חודשים. הדבר מאפשר להוסיף פונקציות חדשות לשבבים, דוגמת יכולות בינה מלאכותית, דרכים חדשות להצפנת ואבטחת חומרה ועוד. יחד עם זאת, ראוי לציין שככל שקטן גודל הצומת בטרנזיסטורים, עולה המחיר של הקמת מתקן ייצור וקטן מספר החברות המסוגלות לאמץ את הטכנולוגיה. כך למשל, כיום רק סמסונג ו-TSMC מצליחות לייצר שבבים בטכנולוגיות של 7 ננומטר או מתחתיה.