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

Живая ткань Живая ткань

Как восстанавливают разрушенные войной города

Forbes
Материал из корней конняку захватил 13 литров воды из атмосферы Материал из корней конняку захватил 13 литров воды из атмосферы

Материаловеды разработали эффективный сорбент для захвата воды из атмосферы

N+1
10 примет времени, изменивших наш быт 10 примет времени, изменивших наш быт

Forbes представляет 10 самых ярких примет нашего времени

Forbes
Такой ошибки не простит история: 10 древних артефактов, уничтоженных по глупости людей Такой ошибки не простит история: 10 древних артефактов, уничтоженных по глупости людей

Многие ценнейшие артефакты были разрушены случайно, из-за банального невежества

ТехИнсайдер
Спящий режим Спящий режим

Мы расскажем вам всё, что нужно знать про новые технологии, чтобы лучше спать

Men Today
Особо опасны: 13 культовых фильмов о маньяках и серийных убийцах, которые стоит посмотреть всем любителям пощекотать нервы Особо опасны: 13 культовых фильмов о маньяках и серийных убийцах, которые стоит посмотреть всем любителям пощекотать нервы

Фильмы о серийных убийцах, от которых станет не по себе

Правила жизни
Жизнь других Жизнь других

Жизнь проходит мимо вас, пока другие берут от нее всё? Скорее всего, у вас FOMO

Men Today
Почему советское мороженое стало предметом культа Почему советское мороженое стало предметом культа

Вспоминаем времена, когда пломбир был единственным недефицитным продуктом

Maxim
Нездешняя рыба Нездешняя рыба

Рыбаки все чаще вытаскивают из российских водоемов диковинных, невиданных рыб

Вокруг света
В мире костюмов: секреты стиля Николая Дроздова В мире костюмов: секреты стиля Николая Дроздова

Николай Дроздов — воплощение стиля ученого-полевика

Правила жизни
Вместо уколов и таблеток: робот-оригами доставит лекарство прямо к больному органу Вместо уколов и таблеток: робот-оригами доставит лекарство прямо к больному органу

Изобретение американских ученых уже называют революцией в медицине

Вокруг света
10 неожиданных вещей, которые можно стирать в машине-автомат 10 неожиданных вещей, которые можно стирать в машине-автомат

Вещи, которые точно не испортятся, если их постирать в машине-автомат

Лиза
6 хитростей, которые помогут сделать белье мягким без кондиционера 6 хитростей, которые помогут сделать белье мягким без кондиционера

Подручные тоже смогут сделать вещи мягкими и без всякой небезопасной химии!

Лиза
Метафора пубертата: как мультфильм «Я краснею» помогает девочкам принимать свое тело Метафора пубертата: как мультфильм «Я краснею» помогает девочкам принимать свое тело

Мультфильм про красную панду оказался революционным для мира анимации

Forbes
Как произошло самое крупное ограбление банка в истории Российской империи Как произошло самое крупное ограбление банка в истории Российской империи

О самом крупном ограблении банка в Российской империи

СНОБ
3 проверенных способа начать делать то, что не хочется 3 проверенных способа начать делать то, что не хочется

Вам очень не хочется приступать к важному делу?

Psychologies
10 знаменитых локаций, где испытывали атомное оружие 10 знаменитых локаций, где испытывали атомное оружие

Места, где атомные бомбы взрывали особенно активно

ТехИнсайдер
Человек момента: как Геннадий Бурбулис изменил историю России Человек момента: как Геннадий Бурбулис изменил историю России

Геннадий Бурбулис был гением политической интуиции

Forbes
Технологический стартап из будущего Технологический стартап из будущего

Как в Москве делают «всепогодные» солнечные батареи

СНОБ
Миф о третьем свидании: когда надо идти в постель с мужчиной, если тебе нужны отношения Миф о третьем свидании: когда надо идти в постель с мужчиной, если тебе нужны отношения

Почему говорят, что сексом нельзя заниматься раньше, чем на третьем свидании?

VOICE
Почему ПЗРК FIM-92 Stinger до сих пор нечем заменить Почему ПЗРК FIM-92 Stinger до сих пор нечем заменить

Имя «Стингер» стало нарицательным еще в афганскую войну

Maxim
Плохой коп и очень плохой коп Плохой коп и очень плохой коп

Татьяна Алешичева о новом сериале Дэвида Саймона

Weekend
«Живите долго!»: простые советы долгожителей «Живите долго!»: простые советы долгожителей

Как встать на путь к долголетию?

Psychologies
Прожито Прожито

Проект «Прожито»: эго-cвидетельства и блокадные дневники

Собака.ru
Ритуальный каннибализм, лекарство от чумы и вечеринки со вскрытиями: что люди делали с мумиями на протяжении истории Ритуальный каннибализм, лекарство от чумы и вечеринки со вскрытиями: что люди делали с мумиями на протяжении истории

Почему люди считали каннибализм полезным для здоровья?

ТехИнсайдер
«Меню Рональда»: как гватемальская домохозяйка придумала Happy Meal для McDonald’s «Меню Рональда»: как гватемальская домохозяйка придумала Happy Meal для McDonald’s

Авторство Happy Meal приписывают маркетологам компании, но его придумали не они

Forbes
«Если бы ты не покупал каждый день кофе, то давно бы накопил на жильё» «Если бы ты не покупал каждый день кофе, то давно бы накопил на жильё»

Богатыми могут стать вообще все: главное — перестать тратить деньги на ненужное

VC.RU
Что нужно доложить в автомобильную аптечку, чтобы она стала по-настоящему полезной Что нужно доложить в автомобильную аптечку, чтобы она стала по-настоящему полезной

Чем стоит дополнить автомобильную аптечку?

Maxim
Пэлтроу в бриллиантах, Лопес на шпильках: как звезды одеваются в отпуске Пэлтроу в бриллиантах, Лопес на шпильках: как звезды одеваются в отпуске

Что надевают звезды в свои свободные от папарацци дни?

VOICE
10 персонажей из новых фильмов, которых режиссеры «зря потратили» на экране 10 персонажей из новых фильмов, которых режиссеры «зря потратили» на экране

Колоритные и важные герои, которые вдруг покрылись пылью на задворках сценария

Maxim
Открыть в приложении