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

«Новые технологии стерли былые социальные перегородки» «Новые технологии стерли былые социальные перегородки»

Пятерка главных «гуманитарных» трендов, изменивших мир за 15 лет

РБК
Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов

Отрывок из монографии «Коллекции Ивана и Михаила Морозовых»

Forbes
Электрический сноуборд Электрический сноуборд

Настало время познакомиться с модным зеленым сноубордом ELIQ на электротяге

Популярная механика
Эко-логично Эко-логично

Как сделать дом безопасным для природы и удобным для вас

Новый очаг
Новая дисциплина Новая дисциплина

Чемпионка мира, чемпионка Европы, призер Олимпийских игр – Евгения Медведева

Maxim
Да здравствует абсурд: 10 запоминающихся заявлений на суде Джонни Деппа и Эмбер Херд Да здравствует абсурд: 10 запоминающихся заявлений на суде Джонни Деппа и Эмбер Херд

Шестилетняя схватка Джонни Деппа и Эмбер Херд завершилась

Правила жизни
Мне просто спросить Мне просто спросить

Онлайн сервис «Просто спросить», где помогают больным раком

СНОБ
«Трусливый страх перед приговорами Европы» «Трусливый страх перед приговорами Европы»

Как Петр I, подняв Россию на дыбы, поставил ее на колени

Weekend
Кейт, которая гуляет сама по себе Кейт, которая гуляет сама по себе

Ее саму понимать уже давно перестали

Караван историй
Как заснуть быстро и легко: семь правил хорошего сна от врача-сомнолога Как заснуть быстро и легко: семь правил хорошего сна от врача-сомнолога

Что нужно делать, чтобы засыпать

Караван историй
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
«Что у вас за план, мистер Фикс?» Почему в СССР сократили мультфильм «80 дней вокруг света» «Что у вас за план, мистер Фикс?» Почему в СССР сократили мультфильм «80 дней вокруг света»

От 16 серий мультфильма «80 дней вокруг света» оставили лишь 11. Но почему?

VOICE
Мир после запятой Мир после запятой

Как метрология помогает наукам развиваться, а людям объединяться

Наука и жизнь
Как суд Джонни Деппа и Эмбер Херд может повлиять на культуру отмены? Как суд Джонни Деппа и Эмбер Херд может повлиять на культуру отмены?

Как суд Деппа и Херд повлияет на общественное сознание?

Правила жизни
Подвиг Огурцова: как всего три советских кавалериста захватили немецкую колонну из 33 единиц техники Подвиг Огурцова: как всего три советских кавалериста захватили немецкую колонну из 33 единиц техники

Василий Огурцов со своими товарищами смог захватить колонну немецких грузовиков

ТехИнсайдер
Режиссер Савва Савельев — о поисках лица времени и работе с друзьями Режиссер Савва Савельев — о поисках лица времени и работе с друзьями

Режиссер Савва Савельев — о петербургском хорошем тоне в отношении войны

РБК
И стала Россия империей… И стала Россия империей…

Итогом Северной войны стало перерождение России в империю

Дилетант
Что такое пептидная косметика и как она работает Что такое пептидная косметика и как она работает

Как пептиды улучшают состояние кожи?

РБК
Зачем насекомым хоботки? Зачем насекомым хоботки?

Насекомые приспособлены к условиям обитания лучше большинства других животных

Наука и жизнь
Крупнейшие разливы нефти в истории: вот как выглядят страшнейшие экологические катастрофы Крупнейшие разливы нефти в истории: вот как выглядят страшнейшие экологические катастрофы

Внушительные катастрофы современности, связанные с нефтью

ТехИнсайдер
Ищу себя, найду не скоро: сложности отношений с Ищу себя, найду не скоро: сложности отношений с

Непризнанный гений — это 1% вдохновения и 99% жалоб на непонимание окружающих

VOICE
Что ждет женщину в 50 лет: мудрые слова Шэрон Стоун о старении Что ждет женщину в 50 лет: мудрые слова Шэрон Стоун о старении

Шэрон Стоун стала примером для миллионов женщин

VOICE
Кровно заработанное Кровно заработанное

Учимся рассчитывать свою будущую пенсию

Лиза
Чем полезна жимолость: 7 фактов Чем полезна жимолость: 7 фактов

В чем именно польза жимолости

РБК
Эффективность дисперсантов для устранения разливов нефти снизилась за четыре дня Эффективность дисперсантов для устранения разливов нефти снизилась за четыре дня

Главной причиной увеличения вязкости нефти оказалось фотоокисление пленки

N+1
Ученые секвенировали геном жителя древнеримских Помпей. Он оказался неместным Ученые секвенировали геном жителя древнеримских Помпей. Он оказался неместным

Метод дробовика помог изучить останки жителя древнеримских Помпей

Вокруг света
Действующие и потухшие: 5 самых красивых вулканов России Действующие и потухшие: 5 самых красивых вулканов России

Труднодоступные, но желанные локации, до которых доберется не каждый

Вокруг света
«Нулевой пациент»: как на самом деле расследовали первую вспышку ВИЧ в СССР «Нулевой пациент»: как на самом деле расследовали первую вспышку ВИЧ в СССР

Интервью с академиком РАН Вадимом Покровским, сражавшимся с ВИЧ на передовой

Psychologies
Страшно интересно: 15 отличных хорроров для любителей пощекотать нервы Страшно интересно: 15 отличных хорроров для любителей пощекотать нервы

Леденящие душу картины – отличный способ получить заряд будоражащих эмоций

Правила жизни
Жалость: есть ли в ней хоть что-то хорошее? Жалость: есть ли в ней хоть что-то хорошее?

Жалость — очень плохое и вредное чувство?

Psychologies
Открыть в приложении