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

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
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
Детеныши «единорогов» Детеныши «единорогов»

Forbes составил первый рейтинг самых многообещающих стартапов

Forbes
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
Новая дисциплина Новая дисциплина

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

Maxim
Идеальное червивое общество. О стиле двукратного победителя Каннского кинофестиваля Рубена Эстлунда Идеальное червивое общество. О стиле двукратного победителя Каннского кинофестиваля Рубена Эстлунда

За что мировое киносообщество ценит Рубена Эстлунда

СНОБ
Инструкция от вашего ребёнка Инструкция от вашего ребёнка

Вопросы, которые мучают большинство отцов

Men’s Health
20 лет в больнице: почему миллионерша Югетта Кларк осталась в палате после успешной операции 20 лет в больнице: почему миллионерша Югетта Кларк осталась в палате после успешной операции

Почему одна из самых богатых женщин Америки предпочла стать затворницей?

VOICE
Дома без папы Дома без папы

Дарья Мельникова самоизолировалась на страницах MAXIM без масок и одежды

Maxim
Эксперт рассказал, как правильно экономить на электроэнергии Эксперт рассказал, как правильно экономить на электроэнергии

Самые простые и универсальные способы экономии от эксперта

ТехИнсайдер
Как нелепо сложилась судьба красавчика-фермера из культового клипа Aerosmith - такого никто не ожидал! Как нелепо сложилась судьба красавчика-фермера из культового клипа Aerosmith - такого никто не ожидал!

Дин Келли легкомысленно распорядился свалившейся на него быстрой известностью...

VOICE
Как справиться с гневом: 6 способов людей с высоким эмоциональным интеллектом Как справиться с гневом: 6 способов людей с высоким эмоциональным интеллектом

Как высокий эмоциональный интеллект спасает нас в конфликтных ситуациях?

Psychologies
Брюс Ли — это не просто про драки в кино. Он влюбил людей в спорт и объединил Америку с Азией Брюс Ли — это не просто про драки в кино. Он влюбил людей в спорт и объединил Америку с Азией

Как Брюс Ли за несколько лет успел изменить мир

Maxim
Игорь Горьков Игорь Горьков

Генеральный директор Nexign Игорь Горьков — можно ли предсказать будущее?

Собака.ru
Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья

Египтяне использовали известково-восковую смесь для защиты бронзы

N+1
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
Зеленые модники. 7 стильных растений для дома Зеленые модники. 7 стильных растений для дома

Какие растения сейчас на пике популярности?

Лиза
Сергей Филонович: «Живем как в песне — скорей бы утро, и снова на работу» Сергей Филонович: «Живем как в песне — скорей бы утро, и снова на работу»

Почему избыточный трудоголизм грозит выгоранием сотрудникам и руководителям?

РБК
«Живая» еда из банки: от чайного гриба до морского риса «Живая» еда из банки: от чайного гриба до морского риса

Cубстанции, которые обеспечивают человека продуктами и требуют регулярного ухода

Вокруг света
Об этих существах сочиняли легенды, но они оказались реальными: 10 самых страшных видов летучих мышей Об этих существах сочиняли легенды, но они оказались реальными: 10 самых страшных видов летучих мышей

От этих рукокрылых стоит держаться подальше

ТехИнсайдер
Как лечатся врачи Как лечатся врачи

Маленькие профессиональные хитрости врачей

Лиза
Древнейшие останки домашних кур обнаружили в Таиланде Древнейшие останки домашних кур обнаружили в Таиланде

Археологи разобрались в процессе одомашнивания кур

N+1
Крепкая связь с семьей позволила подросткам преуспеть в личностном развитии Крепкая связь с семьей позволила подросткам преуспеть в личностном развитии

Сильная связь с семьей позволяет подросткам быть независимыми

N+1
Почему миллиардеры, тиктокеры и предприниматели из России полюбили Казахстан Почему миллиардеры, тиктокеры и предприниматели из России полюбили Казахстан

Чем еще привлекает Казахстан российских предпринимателей?

Forbes
На границе Европы и Азии На границе Европы и Азии

Обзор АПК Республики Башкортостан

Агроинвестор
Замещение импорта и цифровизация: две стороны одного процесса Замещение импорта и цифровизация: две стороны одного процесса

Технологические решения в промышленности, коммуникациях и других отраслях

Forbes
Жизнь вне тела: как искусственный «дом для органов» спас первого пациента Жизнь вне тела: как искусственный «дом для органов» спас первого пациента

Технология может спасти людей, рискующих не дождаться своей очереди на пересадку

Forbes
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
6 диагнозов, при которых пиво смертельно опасно 6 диагнозов, при которых пиво смертельно опасно

Употребление пива в количествах даже 1-2 бутылочки в день очень опасно

Maxim
Сапсари Сапсари

Сапсари — удивительные собаки из Кореи

Weekend
Открыть в приложении