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

Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
Умер Пьер Нарцисс: личная жизнь и громкие скандалы Умер Пьер Нарцисс: личная жизнь и громкие скандалы

Рассказываем, какой была жизнь исполнителя хита "Шоколадный заяц"

VOICE
«Дело Финляндии — наше дело» «Дело Финляндии — наше дело»

В 1939–1940 годах театром военных действий снова стала Финляндия

Дилетант
В жертвенной яме Саньсиндуя обнаружили бронзовую статую получеловека-полузмеи В жертвенной яме Саньсиндуя обнаружили бронзовую статую получеловека-полузмеи

Археологи рассказали о новых находках бронзового века

N+1
Криптобудущее Криптобудущее

Жизненный цикл цивилизаций и наступающая эпоха свободы

Популярная механика
Магическое 3 августа: почему каждый год Энн Хэтэуэй откладывает все ради личного ритуала Магическое 3 августа: почему каждый год Энн Хэтэуэй откладывает все ради личного ритуала

Что же делает Энн Хэтэуэй 21 год подряд?

VOICE
Фармацевтика держит удар Фармацевтика держит удар

У отечественной фармацевтической отрасли есть потенциал для развития

РБК
К сезону мини к сезону готова К сезону мини к сезону готова

Как сделать ноги стройными с помощью питания, упражнений и полезных привычек

Лиза
Паоло Клеричи: «Я работаю, чтобы жить» Паоло Клеричи: «Я работаю, чтобы жить»

Правила бизнеса Паоло Клеричи, патриарха семейного бизнеса Coeclerici

Forbes
5 крутых возможностей вакуумного упаковщика 5 крутых возможностей вакуумного упаковщика

Мы нашли целых 5 причин купить вакууматор

CHIP
Археологи разобрались в хронологии испанского памятника с палеолитическим искусством Археологи разобрались в хронологии испанского памятника с палеолитическим искусством

Ученые получили 62 радиоизотопные датировки материалов из пещеры Ардалес

N+1
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
Борис Эйфман — о танце, Петербурге и заслуженном озарении Борис Эйфман — о танце, Петербурге и заслуженном озарении

Борис Эйфман — о том, почему из раза в раз обращается к текстам Достоевского

РБК
Навыки выживания: что делать, если вы заблудились в лесу Навыки выживания: что делать, если вы заблудились в лесу

Советы эксперта, которые могут спасти вам жизнь

Вокруг света
«Детям необходимо жить в семье»: как устроен процесс усыновления в России «Детям необходимо жить в семье»: как устроен процесс усыновления в России

Рассказываем об актуальной ситуации с сиротством в России

Forbes
Тонкости альпинизма: как подготовиться к восхождению на Эльбрус Тонкости альпинизма: как подготовиться к восхождению на Эльбрус

Как покорить Эльбрус?

ТехИнсайдер
Древних людей из Леванта заподозрили в использовании огня около миллиона лет назад Древних людей из Леванта заподозрили в использовании огня около миллиона лет назад

Ученые повторно исследовали материалы с ашельского памятника Еврон

N+1
Беглянка с мольбертом: Элизабет Виже-Лебрен, любимая художница европейских аристократов Беглянка с мольбертом: Элизабет Виже-Лебрен, любимая художница европейских аристократов

Элизабет Виже-Лебрен писала парадные портреты европейских монарших особ

Вокруг света
«Разведчики внешних планет»: история «Пионеров» и «Вояджеров» «Разведчики внешних планет»: история «Пионеров» и «Вояджеров»

Фрагмент из книги «Разведчики внешних планет», посвященным загадке «Пионеров»

N+1
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
Твои натуральные локоны: все, что нужно знать о кудрявом методе Твои натуральные локоны: все, что нужно знать о кудрявом методе

Устала бороться с непослушными волосами, пытаясь их выпрямить?

VOICE
Художница Оля Австрейх — о хоррорах, карнавале и двоемирии наших дней Художница Оля Австрейх — о хоррорах, карнавале и двоемирии наших дней

Художница Оля Австрейх — почему прекрасные дамы не те, кем кажутся

РБК
Об этих существах сочиняли легенды, но они оказались реальными: 10 самых страшных видов летучих мышей Об этих существах сочиняли легенды, но они оказались реальными: 10 самых страшных видов летучих мышей

От этих рукокрылых стоит держаться подальше

ТехИнсайдер
Как WeChat, только Twitter: зачем Илон Маск создает свое суперприложение Как WeChat, только Twitter: зачем Илон Маск создает свое суперприложение

Илон Маск ставит новую глобальную цель

Forbes
На озеро вместо моря На озеро вместо моря

А что, если поменять море на озеро?

Лиза
Как видеоигры влияют на интеллект и развитие детей? Как видеоигры влияют на интеллект и развитие детей?

Можно ли назвать компьютерные игры полезным увлечением?

ТехИнсайдер
Археологи обнаружили в Херсонесе Таврическом непотревоженные римские гробницы Археологи обнаружили в Херсонесе Таврическом непотревоженные римские гробницы

Погребальный комплекс относится ко II веку нашей эры

N+1
Удар хватил: 5 российских правителей, которых подкосил инсульт Удар хватил: 5 российских правителей, которых подкосил инсульт

Болезнь, которая не обходит стороной ни бедняков, ни государей

Вокруг света
Функциональная МРТ помогла нейросети отличить либерала от консерватора Функциональная МРТ помогла нейросети отличить либерала от консерватора

По снимкам фМРТ ученые смогли предсказать политические взгляды человека

N+1
8 вещей, о которых вы пожалеете после 30 лет 8 вещей, о которых вы пожалеете после 30 лет

Как не потратить свою жизнь на сожаления

Psychologies
Открыть в приложении