Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

РБКHi-Tech

Чип всему голова

Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

Автор: Анастасия Морошкина

Фото: AMD

Эксперты НИУ ВШЭ с помощью анализа больших данных выявили самые перспективные технологии в микроэлектронике. Рассказываем, что нужно знать о будущем чипов и нанотехнологий.

«В текущей ситуации неизбежны затруднения и разрывы цепочек поставок, включающих Россию как импортера и экспортера. В первом случае речь идет не только о конечных изделиях, но и о поставках готовых чипов. Во втором случае центры мирового полупроводникового производства лишатся поставок редкоземельных металлов, химических соединений и сапфировых подложек из России», — говорит Александр Снегирев, старший научный сотрудник Центра стратегического прогнозирования ИСИЭЗ НИУ ВШЭ.

iFORA — это система интеллектуального анализа больших данных, разработанная специалистами НИУ ВШЭ с помощью ИИ. Система включает более 500 млн документов: научные публикации, патенты, рыночную аналитику, материалы международных организаций. Для представленного здесь исследования iFORA проанализировала 35 тыс. источников.

2D-материалы

Двумерный материал — это тончайшая пленка, состоящая всего из одного слоя кристаллической решетки атомов. Например, графен, самый прочный материал из известных на сегодня человечеству. Графен и другие 2D-материалы обладают гибкостью и сверхвысокой проводимостью.

Второй по твердости материал — нитрид бора, или «белый графен». Этот порошок, похожий на пудру, используется для охлаждения и в перспективе может заменить компьютерные кулеры.

Мемристоры

В отличие от обычных резисторов, у мемристоров есть «память». Устройство меняет свое сопротивление в зависимости от протекшего через него заряда. Чем больший сигнал пропускается через мемристор, тем лучше он пропускает сигнал в будущем.

Теоретически мемристоры могут заменить оперативную память. Тогда при включении компьютер не будет тратить время на загрузку операционной системы — он начнет работу с последнего сохраненного состояния.

Нейроморфные вычисления и чипы

Нейроморфные вычисления имитируют работу нейронов человеческого мозга благодаря специально организованной архитектуре.

Эти вычисления откроют новые возможности для искусственного интеллекта. Нейроморфные чипы смогут решать сразу несколько задач — от распознавания речи до анализа изображений.

В 2019 году ученые из Китая оборудовали беспилотный велосипед нейроморфными процессорами. Он смог проехать вслед за человеком, выполняя его команды и отслеживая препятствия.

Фото: Intel

Молекулярные вычисления

В современном мире ежесекундно генерируются огромные объемы информации: в 2022 году глобальный объем данных достигнет 94 зеттабайт. Поэтому ученые постоянно придумывают новые способы хранения данных. Один из перспективных и компактных носителей информации — ДНК. Именно с ним чаще всего связаны молекулярные вычисления.

Молекулярные вычисления оперируют биологическими компонентами — нуклеиновыми кислотами и белками в составе живых систем или биокомпьютеров.

ДНК синтезируют в лабораториях, а полученные последовательности внедряют в живые клетки с помощью технологии редактирования генов CRISPR. Бактерии стимулируют электрическим сигналом, выстраивая в заданном порядке нулей и единиц. Таким образом удалось записать в ДНК кишечной палочки сообщение «Hello, world!», которое воспроизводилось в клетках на протяжении 80 поколений.

Энергонезависимая память

Энергонезависимая память — это запоминающее устройство, которому не нужна батарейка, чтобы хранить информацию, — например, флешка, диск и карта памяти.

В 2020 году компания «Крокус Наноэлектроника» разработала чип энергонезависимой памяти, который потребляет исключительно мало энергии и обладает повышенной устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Такие чипы можно использовать в устройствах искусственного интеллекта и в сложной медицинской технике.

Гибридная металлизация и интеграция

Гибридная интеграция — это способ размещения элементов на микросхеме так, чтобы их туда поместилось как можно больше. Неразрывные элементы схемы наносят последовательным напылением разных материалов в вакуумных установках. Сверху крепятся навесные элементы — транзисторы, конденсаторы и т.д. Это позволяет делать схемы миниатюрнее и легче.

Гибридная металлизация — это покрытие изделия слоями разных металлов. Например, сочетание рутения и меди обеспечивает более высокую стойкость к коррозии.

Печатная электроника

Печатные электронные схемы создаются с помощью печатного оборудования, которое наносит на плоские подложки специальные токопроводящие или полупроводниковые чернила в соответствии с заданной схемой.

Характеристики печатных устройств, как правило, хуже, чем у обычных электронных приборов. Поэтому их чаще используют там, где не требуется высокая производительность — в дисплеях, светодиодах, игрушках.

Дисульфидные нанотрубки

В 2018 году международная группа ученых исследовала свойства нанотрубок из дисульфида вольфрама — «аналога» углеродных нанотрубок.

Исследователи выяснили, что такие нанотрубки хорошо поглощают и сильно рассеивают свет. Поэтому их можно рассматривать как основу для высокотехнологичных фотонных устройств и элементов оптических систем.

Сложные полупроводники

Сложные полупроводники состоят из двух или более химических элементов. Например, нитрид галлия (GaN) превосходит кремний по скорости, чувствительности к свету и излучению. Это делает его привлекательным для технологий 5G и интернета вещей. Компания Xiaomi в 2020 году выпустила первое зарядное устройство с нитридом галлия. Оно оказалось вдвое меньше по объему, чем оригинальный адаптер, но мощность сохранилась та же — 65 ватт.

Пригодная для носки и имплантируемая электроника

Носимая электроника уже присутствует в нашей жизни — например, чипы для мониторинга уровня сахара в крови.

Имплантируемая электроника пока не так распространена. В 2013 году компания Dangerous Things разработала NFC-чип, который вживляется в палец с помощью технологии, похожей на татуировку, и позволяет разблокировать смартфон или двери автомобиля.

Будущее носимой и имплантируемой электроники — нейроинтерфейсы типа «мозг — компьютер».

EUV-фотолитография

EUV-фотолитография — это технология нового поколения для нанесения шаблона микросхемы на подложку. Вместо электромагнитного излучения используется экстремальное ультрафиолетовое излучение. В качестве оптики выступают не линзы, а многослойные зеркала. Благодаря этой технологии можно сэкономить на производстве, печатая за один проход сканера то, что обычно требует нескольких проходов.

Усовершенствованная компоновка микросхем

При планировании компоновки люди месяцами продумывают, как расположить макроблоки на микросхеме так, чтобы сэкономить пространство и обеспечить правильную работу чипа.

В Google разработали нейросеть, которая продумывает компоновку микросхемы, «сопоставимую или превосходящую» человеческую. На работу, которая обычно занимает до полугода, у ИИ уходят часы. Нейросеть обучена на огромном массиве готовых конструкций, поэтому быстро находит оптимальное расположение процессоров, ядер памяти и других компонентов.

Чиплеты

Закон Мура гласит, что благодаря непрерывному развитию полупроводников количество транзисторов на чипе будет удваиваться каждые два года. Ожидается, что к 2025 году закон Мура устареет окончательно, а втиснуть новые транзисторы в кремниевые микросхемы будет невозможно.

Эту проблему решают чиплеты. Вместо однокристального процессора с несколькими ядрами производят несколько меньших чипов, а затем выстраивают их в схему. Это позволяет значительно увеличить число транзисторов и сократить размер микросхемы.

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Жизнь в стиле эко Жизнь в стиле эко

5 шагов, которые помогут прийти к более осознанному потреблению

Playboy
Неудобные вопросы гинекологу Неудобные вопросы гинекологу

Самые распространенные проблемы, которые волнуют женщин

Лиза
Вид с мостика Вид с мостика

Что может узнать о жизни миллиардеров капитан суперъяхты

Forbes
Сделано в Британии: 10 отличных английских сериалов, которые вы полюбили или пропустили Сделано в Британии: 10 отличных английских сериалов, которые вы полюбили или пропустили

Не Шерлоком едины: британские сериалы на любой вкус

Правила жизни
Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
Еще 6 бередящих душу фотографий за несколько минут до смерти Еще 6 бередящих душу фотографий за несколько минут до смерти

Подборка фотографий с удивительными и жуткими историями

Maxim
Три города-курорта России, куда лето приходит раньше календаря Три города-курорта России, куда лето приходит раньше календаря

Заждались лета? Добро пожаловать в Крым и на Кубань

Караван историй
5 редких и до смешного простых образов Джейн Биркин, которые мы повторим этим летом 5 редких и до смешного простых образов Джейн Биркин, которые мы повторим этим летом

Джейн Биркин в ближайшие десятилетия не потеряет свой титул модной иконы

VOICE
Переменная величина Переменная величина

Насколько важен для нас секс

Psychologies
Лиза Янковская — о главной роли в фильме «Ника» Лиза Янковская — о главной роли в фильме «Ника»

Разговор c Лизой Янковской, которая сыграла вундеркинда-поэтессу Нику Турбину

СНОБ
Самые лучшие и популярные катушечные магнитофоны СССР Самые лучшие и популярные катушечные магнитофоны СССР

«Бобинники» стали священной коровой для советских меломанов и аудиофилов

Maxim
«Синдром Отелло»: как отличить обычную ревность от болезни «Синдром Отелло»: как отличить обычную ревность от болезни

Шекспир не зря называл ревность «зеленоглазым монстром»

VOICE
Цены на мясо и молоко подняли на 30%: хроника восстания рабочих в Новочеркасске Цены на мясо и молоко подняли на 30%: хроника восстания рабочих в Новочеркасске

Повышение цен в 1960-е годы в Новочеркасске закончилось массовой трагедией

Вокруг света
Каким получился «Род мужской» Алекса Гарленда — жуткий хоррор о дурных мужчинах Каким получился «Род мужской» Алекса Гарленда — жуткий хоррор о дурных мужчинах

Кинокритик Илья Верхоглядов размышляет о фильме «Род мужской» Алекса Гарленда

Правила жизни
Кроссовки Понци: что не так с популярной NFT-игрой, где получают токены за пробежки Кроссовки Понци: что не так с популярной NFT-игрой, где получают токены за пробежки

Как устроена экономика проекта Stepn и за чей счет пользователи получают деньги?

Forbes
Светлана Устинова — Forbes: «Важно чувствовать в себе силу, право на слова и свободу» Светлана Устинова — Forbes: «Важно чувствовать в себе силу, право на слова и свободу»

Российский сериал «Домашнее поле» — о женщине-тренере мужской футбольной команды

Forbes
Кровно заработанное Кровно заработанное

Учимся рассчитывать свою будущую пенсию

Лиза
Как суд Джонни Деппа и Эмбер Херд может повлиять на культуру отмены? Как суд Джонни Деппа и Эмбер Херд может повлиять на культуру отмены?

Как суд Деппа и Херд повлияет на общественное сознание?

Правила жизни
Почему он не женится: женскую точку зрения комментируют мужчины Почему он не женится: женскую точку зрения комментируют мужчины

Почему мужчины не стремятся делать предложения руки и сердца?

Psychologies
Что такое иммобилайзер и есть ли он в моей машине Что такое иммобилайзер и есть ли он в моей машине

Разбираемся, что такое иммобилайзер, каким бывает и стоит ли его отключать

РБК
Драконы смерти: в Аргентине раскопали нетронутый скелет ящера с размахом крыльев 9 метров Драконы смерти: в Аргентине раскопали нетронутый скелет ящера с размахом крыльев 9 метров

Это крупнейший из птерозавров, когда-либо найденных в Южной Америке

Вокруг света
Говорить о раке вслух: как Фонд борьбы с лейкемией ищет доноров в условиях кризиса Говорить о раке вслух: как Фонд борьбы с лейкемией ищет доноров в условиях кризиса

Почему в России не хватает доноров костного мозга

Forbes
Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе

3июня 1924 года в санатории под Веной умер Франц Кафка

Правила жизни
Polnalyubvi Polnalyubvi

Инди-певица Polnalyubvi отправляет серебряный век в TikTok

Собака.ru
Автопутешествие: как подготовить машину, что взять, как сэкономить Автопутешествие: как подготовить машину, что взять, как сэкономить

Как подготовить машину к дальней дороге, можно ли сэкономить в такой поездке

РБК
«Дух дурения»: как жили коренные народы Сибири и шаманы «Дух дурения»: как жили коренные народы Сибири и шаманы

Сибирская история полна страстей и самоотверженности. И знать ее необходимо

Вокруг света
«Вкус детства»: история «той самой» советской сгущёнки «Вкус детства»: история «той самой» советской сгущёнки

Когда появилась, какой была и стала «та самая» сгущёнка

Вокруг света
Почему не нужно бояться неизвестности Почему не нужно бояться неизвестности

Как перестать бояться будущего и изменить отношение к жизни?

Psychologies
«Сколково»: инновации, бизнес, государство «Сколково»: инновации, бизнес, государство

Инновации, бизнес, государство – три вершины, в центре которых – фонд «Сколково»

ТехИнсайдер
Не сломать биомашину: как менеджерам и предпринимателям перестать выгорать Не сломать биомашину: как менеджерам и предпринимателям перестать выгорать

Как выработанные привычки помогают не выгорать

Forbes
Открыть в приложении