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

11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
«Я — трудоголик»: почему важно планировать отпуск «Я — трудоголик»: почему важно планировать отпуск

Как не испытывать чувство вины за положенный отпуск?

Psychologies
Думать – правильно Думать – правильно

Психотерапевт, гуру ТВ и один из топов Сбера о себе и правилах, по которым живет

Psychologies
«Я не понимаю, почему они мне не поверили»: Херд дала первое интервью после проигрыша Деппу в суде «Я не понимаю, почему они мне не поверили»: Херд дала первое интервью после проигрыша Деппу в суде

Эмбер Херд нарушила молчание после решения суда

VOICE
Живая ткань Живая ткань

Как восстанавливают разрушенные войной города

Forbes
«Глазами альбатроса»: Ученый отправляется в путешествие, чтобы понаблюдать за жизнью альбатросов «Глазами альбатроса»: Ученый отправляется в путешествие, чтобы понаблюдать за жизнью альбатросов

Атолл Мидуэй лежит в томном одиночестве в центре северной части Тихого океана

N+1
Сбитый «Боинг» Сбитый «Боинг»

Ранним утром 1 сентября 1983 года истребитель СУ-15 был поднят по тревоге

Дилетант
Вишенка против краба Вишенка против краба

История борьбы с нейробластомой

СНОБ
Кто мы друг другу? Кто мы друг другу?

Соединиться душой и телом с любимым – не прихоть, а потребность

Psychologies
Как сегодня лечат рак — отрывок из книги профессора Азры Раза Как сегодня лечат рак — отрывок из книги профессора Азры Раза

Отрывок из первой главы книги профессора Азры Раза «Первая клетка»

СНОБ
Негативные мысли: найти и обезвредить Негативные мысли: найти и обезвредить

Как найти причины проблем в прошлом и научиться заменять токсичные мысли

Psychologies
Неделя с пользой: 25 увлекательных книг, которые можно почитать в перерывах между работой и отдыхом Неделя с пользой: 25 увлекательных книг, которые можно почитать в перерывах между работой и отдыхом

25 интересных книг на любой вкус, которые затягивают с первых страниц

Правила жизни
В каждой провинции свой фрукт: 7 вкусных причин поехать в Таиланд летом В каждой провинции свой фрукт: 7 вкусных причин поехать в Таиланд летом

Вы еще не знаете, куда сбежать из душного города? Обратите внимание на Таиланд!

Вокруг света
Есть ли у людей чувство магнетизма и можно ли его развить? Есть ли у людей чувство магнетизма и можно ли его развить?

Можем ли мы чувствовать север и юг, как перелетные птицы?

ТехИнсайдер
Археологи обнаружили на турецком побережье четыре местонахождения с орудиями нижнего палеолита Археологи обнаружили на турецком побережье четыре местонахождения с орудиями нижнего палеолита

Артефакты могут указать на маршрут расселения древних людей

N+1
Простой способ быстро научиться подтягиваться: после этой тренировки турник освоит каждый! Простой способ быстро научиться подтягиваться: после этой тренировки турник освоит каждый!

Подтягивание — это одно из самых простых упражнений

ТехИнсайдер
10 невероятных самодельных электробайков: инженерное чудо 10 невероятных самодельных электробайков: инженерное чудо

Серийные модели байков, которые превратили в очаровательные кастомы

ТехИнсайдер
Повышенная чувствительность зубов Повышенная чувствительность зубов

Гиперестезия – повышенная чувствительность зубов. С ней можно бороться

Здоровье
Палеоантропологи обнаружили в Колыбели человечества 15 зубов парантропов Палеоантропологи обнаружили в Колыбели человечества 15 зубов парантропов

Палеоантропологи исследовали зубы, обнаруженные в комплексе пещер Дримолен

N+1
Страшная сила: в погоне за стройностью анорексики теряют часть мозга Страшная сила: в погоне за стройностью анорексики теряют часть мозга

Изменения мозга при РПП даже серьезнее, чем при депрессии и ОКР

Вокруг света
Дело «баронессы де Сталь» Дело «баронессы де Сталь»

Лидия де Шталь — советская шпионка и «бацилла большевизма»

Дилетант
«Ледяная диета»: этот летний тренд из США и Европы поможет скинуть до 20 кг «Ледяная диета»: этот летний тренд из США и Европы поможет скинуть до 20 кг

«Ледяная» система питания стала хитом на Западе, и тому есть причины

VOICE
Мифы о пиве, в которые все верят Мифы о пиве, в которые все верят

Заблуждения о пиве — это скверно, но не опасно

Maxim
Движение вверх Движение вверх

Мастопексия — «интеллигентная» операция по подтяжке груди

Собака.ru
«Живая» еда из банки: от чайного гриба до морского риса «Живая» еда из банки: от чайного гриба до морского риса

Cубстанции, которые обеспечивают человека продуктами и требуют регулярного ухода

Вокруг света
Черное море и горный воздух: где отдыхала российская богема в прошлом веке Черное море и горный воздух: где отдыхала российская богема в прошлом веке

Как и где отдыхала российская богема в начале XX века

Вокруг света
«Я слишком добрый»: где взять озверин и как отрастить клыки «Я слишком добрый»: где взять озверин и как отрастить клыки

Можно ли натренировать способность быть агрессивным, а главное — нужно ли?

Psychologies
Как галактики превращаются в ярчайшие квазары: загадка, о которой спорят до сих пор Как галактики превращаются в ярчайшие квазары: загадка, о которой спорят до сих пор

Что-то странное происходит во Вселенной

ТехИнсайдер
Самые умные породы кошек, которые могут удивить своим интеллектом Самые умные породы кошек, которые могут удивить своим интеллектом

Кошки — невероятно умные существа

ТехИнсайдер
Мужской разврат как ошибка эксперимента Мужской разврат как ошибка эксперимента

«Принцип Бейтмана» и другие ошибки великих генетиков

СНОБ
Открыть в приложении