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

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

В 1939–1940 годах театром военных действий снова стала Финляндия

Дилетант
Беженцы, одиночество, эксплуатация: как современное документальное говорит о женщинах Беженцы, одиночество, эксплуатация: как современное документальное говорит о женщинах

Документальные ильмы о женщинах и снятые женщинами

Forbes
100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

100 самых сексуальных женщин страны

Maxim
Ваби-саби: 3 упражнения, чтобы видеть красоту в простых вещах Ваби-саби: 3 упражнения, чтобы видеть красоту в простых вещах

В восточной культуре мы находим источник радости, духовных сил и вдохновения

Psychologies
Живая ткань Живая ткань

Как восстанавливают разрушенные войной города

Forbes
5 самых популярных способов лечения похмелья, которые сделают только хуже 5 самых популярных способов лечения похмелья, которые сделают только хуже

Методы лечения похмелья, которые на самом деле не работают

Maxim
Монарх, которому везло Монарх, которому везло

Правитель Саксонии Август II Сильный был главным инициатором войны

Дилетант
«Золотой век» букашек: какими были крупнейшие насекомые доисторической эпохи «Золотой век» букашек: какими были крупнейшие насекомые доисторической эпохи

Если бы насекомые создали свою мифологию, в ней поминалась бы эпоха титанов

Вокруг света
Все и сразу. Что такое здоровый гедонизм Все и сразу. Что такое здоровый гедонизм

Вести здоровый образ жизни и при этом не держать себя в ежовых рукавицах?

Новый очаг
Как живет сегодня девочка из скандального клипа певицы Sia, которую считали жертвой из-за полуголых танцев Шайи Лабефа Как живет сегодня девочка из скандального клипа певицы Sia, которую считали жертвой из-за полуголых танцев Шайи Лабефа

Как Мэдди Зиглер оценивает свой опыт съемок для видео Elastic Heart

VOICE
Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка

Истребленный вид может снова населить Зеленый континент

Вокруг света
Сигнал SOS или норма: всё о выделениях при беременности Сигнал SOS или норма: всё о выделениях при беременности

Какими могут быть выделения во время беременности

VOICE
Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K

Многие девушки мечтают о большой груди, но жить с ней не так-то просто

VOICE
Какой была бы современная Россия, если бы Петра I не существовало Какой была бы современная Россия, если бы Петра I не существовало

Чего мы бы лишились без пресловутого окна в Европу

Maxim
Главная трагедия всей жизни Меган Маркл произошла после свадьбы с принцем Гарри Главная трагедия всей жизни Меган Маркл произошла после свадьбы с принцем Гарри

Меган Маркл обладала особым талантом для перемен в мире, считает эксперт

VOICE
Комбинация астрофизических и лабораторных данных уточнила параметры нейтронных звезд Комбинация астрофизических и лабораторных данных уточнила параметры нейтронных звезд

Уточнены ограничения на уравнение состояния нейтронной материи

N+1
Синтетический футуризм Синтетический футуризм

Эксперимент редакции с нейросетью, «вобравшей» в себя Сорокина и Пелевина

СНОБ
Как отличить ежевику от шелковицы: вы постоянно путаете эти ягоды Как отличить ежевику от шелковицы: вы постоянно путаете эти ягоды

Эти простые советы помогут отличить ежевику от шелковицы

ТехИнсайдер
Эксперт рассказал, как правильно экономить на электроэнергии Эксперт рассказал, как правильно экономить на электроэнергии

Самые простые и универсальные способы экономии от эксперта

ТехИнсайдер
Вне политики, выше споров, без комментариев: Елизавета II отмечает 70 лет на престоле Вне политики, выше споров, без комментариев: Елизавета II отмечает 70 лет на престоле

Как британская королева сохранила статус живой легенды?

Forbes
Как первая леди Бетти Форд боролась с сексизмом, стигматизацией рака и алкоголизмом Как первая леди Бетти Форд боролась с сексизмом, стигматизацией рака и алкоголизмом

Рассказываем о судьбе женщины, которая поменяла правила игры в Белом доме

Forbes
Горцы — и как с ними быть в новой реальности Горцы — и как с ними быть в новой реальности

Горцы — не только люди, живущие в горах, но и название большого числа растений

Наука
Проклятый аксессуар: почему дочь Жаклин Кеннеди отказалась от семейной реликвии Проклятый аксессуар: почему дочь Жаклин Кеннеди отказалась от семейной реликвии

История аксессуара, который передавался в семье Жаклин Кеннеди с 1903 года

VOICE
«Я больше никогда не женюсь»: разведенные мужчины против брака? «Я больше никогда не женюсь»: разведенные мужчины против брака?

Почему одни женятся снова, а другие остаются холостяками?

Psychologies
Собеседование в Долину: как россиянки строят карьеры в международных IT-компаниях Собеседование в Долину: как россиянки строят карьеры в международных IT-компаниях

Forbes Woman поговорил с женщинами, работающими в IT-компаниях за рубежом

Forbes
Новая Москва Новая Москва

Мы давно хотели поговорить с главным архитектором столицы Сергеем Кузнецовым

ТехИнсайдер
Антипригарное покрытие для посуды: какое лучше? Антипригарное покрытие для посуды: какое лучше?

Какие антипригарные покрытия сегодня бывают, какие у них плюсы и минусы

CHIP
Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям

Как палящее солнце влияет на водителей и чего стоит опасаться в жару

РБК
Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых? Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых?

За сорок лет склоны Альпийских гор стали зеленее на 77%, и это только начало

Вокруг света
«Мама была ко мне равнодушна, и я говорю ей за это спасибо» «Мама была ко мне равнодушна, и я говорю ей за это спасибо»

Наша героиня благодарна тому, что ее мама занималась своей жизнью

Psychologies
Открыть в приложении