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

Детеныши «единорогов» Детеныши «единорогов»

Forbes составил первый рейтинг самых многообещающих стартапов

Forbes
«Зеленый роутер»: ученые из Москвы и Тель-Авива раздали Wi-Fi через кактус «Зеленый роутер»: ученые из Москвы и Тель-Авива раздали Wi-Fi через кактус

Новые «зеленые» возможности в области беспроводной связи

Вокруг света
Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год

Список главных трендов года

РБК
Как правильно разговаривать с родственниками с деменцией Как правильно разговаривать с родственниками с деменцией

Как вести себя, если у вашего родственника деменция?

Psychologies
Новая дисциплина Новая дисциплина

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

Maxim
Самые опасные виды туризма в России Самые опасные виды туризма в России

От чего надо держаться подальше в процессе активного отдыха?

Maxim
Мужской характер Мужской характер

В наполненном интересными деталями интерьере ощущается умеренная брутальность

Идеи Вашего Дома
Это все неправда! 5 главных стереотипов о женщинах, не имеющих отношения к реальности (ну, почти) Это все неправда! 5 главных стереотипов о женщинах, не имеющих отношения к реальности (ну, почти)

Пришло время развенчать главные стереотипы о женщинах

VOICE
Любимка публики Любимка публики

Как танцор из Екатеринбурга заработал $3 млн и дважды попал в рейтинги Forbes

Forbes
Кирилл Рябов Кирилл Рябов

Кирилл Рябов — менестрель петербургской хтони и кумир молодежи

Собака.ru
Шахматная доска на полу и стене Шахматная доска на полу и стене

На какие дизайнерские приемы стоит обратить внимание, если ты затеяла ремонт

Лиза
Исследователи заподозрили существование собственного словаря у нейросети DALL-E 2 Исследователи заподозрили существование собственного словаря у нейросети DALL-E 2

Исследователи обнаружили у нейросети DALL-E 2 необычные особенности

N+1
Механизмы зрения: наука и жизнь Механизмы зрения: наука и жизнь

С чего начинается зрение?

Наука и жизнь
Авторка и докторка: почему важно использовать феминитивы? Авторка и докторка: почему важно использовать феминитивы?

Как лучше сказать, адвокатка или адвокатша? Почему это имеет какое-то значение?

Psychologies
Трансмиссия автомобиля: виды и основные неисправности Трансмиссия автомобиля: виды и основные неисправности

Трансмиссия — один из важнейших элементов транспортного средства

РБК
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
Черное море и горный воздух: где отдыхала российская богема в прошлом веке Черное море и горный воздух: где отдыхала российская богема в прошлом веке

Как и где отдыхала российская богема в начале XX века

Вокруг света
Атлантида, Клеопатра и король Артур и еще две загадки истории, которые уже никогда не раскрыть Атлантида, Клеопатра и король Артур и еще две загадки истории, которые уже никогда не раскрыть

История имеет множество тайн. Некоторые не удается разгадать спустя тысячелетия

ТехИнсайдер
12 лучших идей белковых завтраков для похудения: вкусно и сытно 12 лучших идей белковых завтраков для похудения: вкусно и сытно

Идеи завтраков с высоким содержанием белка

VOICE
Как остановить выпадение волос Как остановить выпадение волос

Выпадение волос — проблема, с которой можно столкнуться в любом возрасте

Maxim
«Наши дети порой бедокурят»: печальная история встречи индейских вождей с Авраамом Линкольном «Наши дети порой бедокурят»: печальная история встречи индейских вождей с Авраамом Линкольном

Индейские войны — череда самых долгих и ожесточенных битв Америки

Вокруг света
Леонид Зорин: «Десятый десяток. Проза 2016–2020» Леонид Зорин: «Десятый десяток. Проза 2016–2020»

Рассказ из сборника Леонида Зорина

СНОБ
«Здесь птицы не поют»: в России нашли способ озеленить «мертвую» землю рядом с заводами «Здесь птицы не поют»: в России нашли способ озеленить «мертвую» землю рядом с заводами

Промышленные отходы помогут восстановить землю рядом с заводами

Вокруг света
Навыки выживания: что делать, если вы заблудились в лесу Навыки выживания: что делать, если вы заблудились в лесу

Советы эксперта, которые могут спасти вам жизнь

Вокруг света
Почему Ярослава Мудрого можно считать лучшим брачным агентом раннего Средневековья Почему Ярослава Мудрого можно считать лучшим брачным агентом раннего Средневековья

Нескучная история с юмором и на современном языке

Вокруг света
«Сколково»: инновации, бизнес, государство «Сколково»: инновации, бизнес, государство

Инновации, бизнес, государство – три вершины, в центре которых – фонд «Сколково»

ТехИнсайдер
Агросектору поручено расти Агросектору поручено расти

Урожай в этом году может обеспечить позитивную динамику в сельском хозяйстве

Агроинвестор
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
Будь в моменте. Учись радоваться жизни прямо сейчас Будь в моменте. Учись радоваться жизни прямо сейчас

Что такое синдром отложенной жизни

Лиза
Польза клубники: 5 главных фактов и советы врачей Польза клубники: 5 главных фактов и советы врачей

Клубника — вкусная и полезная ягода, из которой можно сделать домашнюю косметику

РБК
Открыть в приложении