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

Русский фастфуд быстро не накормит Русский фастфуд быстро не накормит

Фастфуд уверенно теснит рестораны на рынке общественного питания

Эксперт
Раздражительность и снижение потенции: 8 признаков пивного алкоголизма Раздражительность и снижение потенции: 8 признаков пивного алкоголизма

Врачи и ученые не согласны с любителями пива и просят их не обманывать себя

Psychologies
20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
«Ноев ковчег» для семян: как устроено «хранилище Судного дня» «Ноев ковчег» для семян: как устроено «хранилище Судного дня»

Стратегический запас семян на черный день — идея не новая

Вокруг света
Пролезть между струйками не получится Пролезть между струйками не получится

Казахстан не торопится поддержать Россию в санкционной войне с Западом

Эксперт
Трюковые самокаты: как выбрать подходящую модель Трюковые самокаты: как выбрать подходящую модель

Трюковой самокат — это особый вид, сделанный специально для выполнения трюков

ТехИнсайдер
Формула успеха Формула успеха

Эти 10 привычек улучшат твое финансовое положение

Лиза
Чем опасен борщевик: пятиминутный путеводитель по «врагу полей» Чем опасен борщевик: пятиминутный путеводитель по «врагу полей»

Развенчиваем мифы об агрессивном сорняке

Правила жизни
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Опасна ли жара для животных и как защитить собаку или кота от высокой температуры? Опасна ли жара для животных и как защитить собаку или кота от высокой температуры?

Как распознать тепловой удар у питомца и как его предотвратить?

Maxim
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
Дело «баронессы де Сталь» Дело «баронессы де Сталь»

Лидия де Шталь — советская шпионка и «бацилла большевизма»

Дилетант
«Если ты показываешь смерть, нужно показать и жизнь» «Если ты показываешь смерть, нужно показать и жизнь»

Как войну снимают женщины

Weekend
«Спенсер»: кинокартина о принцессе Диане и ее пути к свободе «Спенсер»: кинокартина о принцессе Диане и ее пути к свободе

Кинолента описывает личный кризис и смятение принцессы Дианы

Psychologies
5 собак с самыми мощными челюстями в мире: грозные рекордсмены 5 собак с самыми мощными челюстями в мире: грозные рекордсмены

Представляем вам рейтинг пород собак с самым сильным укусом

ТехИнсайдер
Бойфренд всего интернета: как образ Киану Ривза превратился в мем Бойфренд всего интернета: как образ Киану Ривза превратился в мем

Отрывок из книги «Киану Ривз: победы, печали и правила жизни»

Forbes
Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа

Собрали 10 удивительных фактов о его работе — спорим, ты этого не знала!

VOICE
Карта разума: что такое духовный интеллект и как его развить Карта разума: что такое духовный интеллект и как его развить

Во все времена находились люди, которые видели мир несколько иначе

Вокруг света
Семь причин боли в ногах Семь причин боли в ногах

Ноги болят просто от усталости. Но иногда это сигнал о неполадках в организме

Здоровье
«Детям необходимо жить в семье»: как устроен процесс усыновления в России «Детям необходимо жить в семье»: как устроен процесс усыновления в России

Рассказываем об актуальной ситуации с сиротством в России

Forbes
Танцующее и поющее кино: 10 фактов о Болливуде Танцующее и поющее кино: 10 фактов о Болливуде

Болливуд: бессмысленный и беспощадный мир индийского кино

Вокруг света
Что такое упрощенные машины, и какие из них первыми появятся на дорогах Что такое упрощенные машины, и какие из них первыми появятся на дорогах

Зачем нужен возврат к прежним стандартам производства автомобилей?

РБК
Три корзины с недоношенными младенцами. Как начиналась неонатальная терапия Три корзины с недоношенными младенцами. Как начиналась неонатальная терапия

История инкубаторов для младенцев

ТехИнсайдер
Как настроить диету для улучшения сна: 6 советов Как настроить диету для улучшения сна: 6 советов

Ряд продуктов способен оказывать благотворное воздействие на сон

Вокруг света
«Женихи хотела»: почему советские девушки заводили романы с военнопленными «Женихи хотела»: почему советские девушки заводили романы с военнопленными

Женщины времен войны обращали внимание на иностранцев, попавших в лагеря

VOICE
«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
Как Леброн Джеймс стал самым успешным и богатым баскетболистом в XXI веке Как Леброн Джеймс стал самым успешным и богатым баскетболистом в XXI веке

Леброн Джеймс стал единственным из игроков НБА, кому удалось заработать $1 млрд

Forbes
Свой чужой: почему муж не встает на мою сторону в конфликтах с другими Свой чужой: почему муж не встает на мою сторону в конфликтах с другими

Что делать, если партнер не принимает вашу сторону?

Psychologies
Как стать везунчиком: психологи назвали 10 способов приманить к себе удачу Как стать везунчиком: психологи назвали 10 способов приманить к себе удачу

На самом деле везучесть — это своего рода скилл, который тоже можно «прокачать»

Psychologies
Загадки космоса, на которые никто не знает ответа Загадки космоса, на которые никто не знает ответа

Что произойдет с человеком внутри черной дыры? Существуют ли инопланетяне?

Maxim
Открыть в приложении