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

Криптобудущее Криптобудущее

Жизненный цикл цивилизаций и наступающая эпоха свободы

Популярная механика
«Не будут больше надо мной смеяться у твоего подъезда пацаны»: краткая история Юры Шатунова и «Ласкового мая» «Не будут больше надо мной смеяться у твоего подъезда пацаны»: краткая история Юры Шатунова и «Ласкового мая»

Вспоминаем историю Юры Шатунова и делимся архивными фотографиями

Правила жизни
Настя Ивлеева Настя Ивлеева

Настя Ивлеева: «Цифровая реальность – это в высшей степени сексуально!»

Playboy
Изжога, диабет и еще 4 проблемы со здоровьем, превращающие пиво в яд Изжога, диабет и еще 4 проблемы со здоровьем, превращающие пиво в яд

6 проблем со здоровьем, при которых стоит отказаться от пива

Psychologies
Престижная школа Престижная школа

Как сервис Educate Online зарабатывает на желании учить детей за границей

Forbes
Чем полезна жимолость: 7 фактов Чем полезна жимолость: 7 фактов

В чем именно польза жимолости

РБК
Как адаптироваться к новым реалиям жизни Как адаптироваться к новым реалиям жизни

Как же справиться с переменами и начать двигаться вперед, несмотря ни на что?

Лиза
5 полезных девайсов для тех, кто планирует автопутешествие 5 полезных девайсов для тех, кто планирует автопутешествие

Какие еще гаджеты будут полезны для самостоятельных автомобильных поездок?

CHIP
Английский Гитлер Английский Гитлер

Освальд Эрнальд Мосли известен советским людям по фильму «Обыкновенный фашизм»

Дилетант
В римских амфорах нашли остатки белого и красного вина В римских амфорах нашли остатки белого и красного вина

Химики и палеоботаники исследовали содержимое сосудов, найденных у берегов Лацио

N+1
Как работали советские психиатры: откровения врача Как работали советские психиатры: откровения врача

Какие только мифы не ходят о советской психиатрии!

Psychologies
Три в одном: Как выбраться из любовного треугольника (и надо ли) Три в одном: Как выбраться из любовного треугольника (и надо ли)

О причинах возникновения любовного треугольника и о том, как его разорвать

Лиза
На вкус как Луна: зачем NASA кормило тараканов грунтом На вкус как Луна: зачем NASA кормило тараканов грунтом

Почему ученым пришло в голову кормить тараканов лунным грунтом?

N+1
9 безобидных бытовых привычек, которые опустошают твой кошелек 9 безобидных бытовых привычек, которые опустошают твой кошелек

Чтобы сэкономить семейный бюджет, пересмотри свои действия

Лиза
От ужаса колотится сердце: 5 самых страшных в мире фильмов От ужаса колотится сердце: 5 самых страшных в мире фильмов

Фильмы, заставляющие сердце выскакивать из груди

Вокруг света
Хетти Грин. Ведьма с Уолл-Стрит Хетти Грин. Ведьма с Уолл-Стрит

В городе ее знала каждая собака, а солидные бизнесмены кланялись ей за милю

Караван историй
Опять вляпался: 10 популярных пятен и как их вывести раз и навсегда Опять вляпался: 10 популярных пятен и как их вывести раз и навсегда

На каждое пятно найдется свой антипятин. Изучаем!

ТехИнсайдер
Как Мэри Куант переодела женщин в мини-юбки, ставшие символом молодости и свободы Как Мэри Куант переодела женщин в мини-юбки, ставшие символом молодости и свободы

Мэри Куант и «молодежное землетрясение»

Forbes
Каким был принц Филипп: 9 фактов из биографии супруга королевы Елизаветы Каким был принц Филипп: 9 фактов из биографии супруга королевы Елизаветы

О яркой жизни супруга королевы Великобритании

РБК
Ремонт без хлопот: Будь проще и… сэкономишь Ремонт без хлопот: Будь проще и… сэкономишь

От чего следует отказаться, чтобы снизить затраты на ремонт

Лиза
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
Ее лучшая версия: неоправданные ожидания общества от женщин в трагикомедии «Клон» Ее лучшая версия: неоправданные ожидания общества от женщин в трагикомедии «Клон»

Станет ли мир счастливее, если заменить несовершенных нас идеальными двойниками?

Forbes
Может ли торий спасти Землю от энергетического кризиса? Может ли торий спасти Землю от энергетического кризиса?

Торий может спасти человечество от энергетического кризиса

ТехИнсайдер
Галактика на ладони: зачем астрономам крупнейшая трехмерная карта Млечного Пути Галактика на ладони: зачем астрономам крупнейшая трехмерная карта Млечного Пути

Эта самая подробная карта Галактики позволит заглянуть в ее прошлое и будущее

Forbes
Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади

Знакомимся с очень любопытными местами неподалеку от Красной площади

Вокруг света
Морщины: почему появляются и как правильно с ними бороться Морщины: почему появляются и как правильно с ними бороться

Скорость старения кожи зависит не только от наследственности

РБК
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
Не дайте засохнуть своим цветам Не дайте засохнуть своим цветам

Встреча с Эдит Эгер — настоящее чудо, которое с нами случилось

Seasons of life
Подводные пирамиды и статуи «рептилоидов»: 20 самых загадочных объектов мира Подводные пирамиды и статуи «рептилоидов»: 20 самых загадочных объектов мира

Древний булыжник удивляет нас больше, чем компьютер размером в полладони

Вокруг света
Звезды волнуются раз. Что такое астросейсмология и зачем она нужна Звезды волнуются раз. Что такое астросейсмология и зачем она нужна

Что такое астросейсмология и зачем она нужна

N+1
Открыть в приложении