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

Нереальные вечеринки Нереальные вечеринки

За что американцы и японцы полюбили «Zoom для тусовщиков»

Forbes
Дело не в еде: как я похудела на 47 кг Дело не в еде: как я похудела на 47 кг

Моя личная история – это не только история снижения веса

Новый очаг
Электрический сноуборд Электрический сноуборд

Настало время познакомиться с модным зеленым сноубордом ELIQ на электротяге

Популярная механика
5 способов прокачать знание иностранных языков с помощью музыки 5 способов прокачать знание иностранных языков с помощью музыки

Можно ли использовать музыку для изучения иностранных языков?

ТехИнсайдер
Новая дисциплина Новая дисциплина

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

Maxim
Спорт — только на пользу: 9 правил тренировок Спорт — только на пользу: 9 правил тренировок

Как не нанести вред организму активными тренировками

Лиза
Александр Архангельский: «Может ли ИИ в перспективе написать «Войну и мир»? По-моему, может» Александр Архангельский: «Может ли ИИ в перспективе написать «Войну и мир»? По-моему, может»

Профессор ВШЭ Александр Архангельский — о судьбе бумажных книг и их авторов

РБК
Тахограф: что это, как пользоваться, какие штрафы Тахограф: что это, как пользоваться, какие штрафы

Строгий надсмотрщик или помощник водителя? Мнения о тахографе полярны

РБК
Пенится квас в ковше Пенится квас в ковше

Квас — одно из древнейших русских кулинарных изобретений

Наука и жизнь
В Ростове, где встречают нас событья В Ростове, где встречают нас событья

Сериал «ЮЗЗЗ»: шекспировские страсти в Южном федеральном округе

Weekend
Специалисты Neovolt отвечают на вопросы читателей: все, что вы хотели знать про батареи Специалисты Neovolt отвечают на вопросы читателей: все, что вы хотели знать про батареи

Актуальные вопросы на тему покупки и эксплуатации аккумуляторов гаджетов

CHIP
«Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан «Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан

Ее жизнь — как будто сценарий бразильского сериала

Вокруг света
Ракетка для сердца: ученые придумали растворяющийся в организме кардиостимулятор Ракетка для сердца: ученые придумали растворяющийся в организме кардиостимулятор

Ученые изобрели кардиостимулятор без проводов и батареи

Вокруг света
«Дело Финляндии — наше дело» «Дело Финляндии — наше дело»

В 1939–1940 годах театром военных действий снова стала Финляндия

Дилетант
Как брендам выстраивать коммуникацию с клиентом: мнение эксперта Как брендам выстраивать коммуникацию с клиентом: мнение эксперта

Архетипы, нейромаркетинг и инновационные технологии в рекламе

РБК
Как использовать Telegram на компьютере: через браузер или отдельное приложение Как использовать Telegram на компьютере: через браузер или отдельное приложение

Какую версию Telegram выбрать для компьютера: браузерную или отдельный клиент?

CHIP
Как 16-летняя москвичка построила бизнес на тренде из TikTok Как 16-летняя москвичка построила бизнес на тренде из TikTok

Как девятиклассница запустила собственный бренду крашений из полимерной глины

Forbes
Как обустроить сад в средиземноморском стиле: 4 идеи от ландшафтного дизайнера Как обустроить сад в средиземноморском стиле: 4 идеи от ландшафтного дизайнера

Как создать на своем участке сад, который будет напоминать о пейзажах Ниццы?

Вокруг света
5 твоих поступков, которые делают твою собаку несчастной 5 твоих поступков, которые делают твою собаку несчастной

Собачья радость — это не только колбаса, но и отношения с хозяином

Maxim
У клещей, живущих на лице человека, обнаружили анусы — и это далеко не все поразительные открытия У клещей, живущих на лице человека, обнаружили анусы — и это далеко не все поразительные открытия

Ученые разгадали генетические секреты самых тесных соседей человечества

ТехИнсайдер
Живой будильник: почему петухи кричат по утрам Живой будильник: почему петухи кричат по утрам

Утренний крик петуха был первым будильником, который появился у человека

ТехИнсайдер
Винишко с подругой vs поход к психологу: что выбрать Винишко с подругой vs поход к психологу: что выбрать

Всегда ли откровенные разговоры на кухне помогают залечить душевные раны?

Psychologies
9 серьезных катастроф, случившихся по вине конструкторов: самые страшные события в истории 9 серьезных катастроф, случившихся по вине конструкторов: самые страшные события в истории

Человечество ошибается – и делает это отнюдь не редко

ТехИнсайдер
Постулат о трех тирексах Постулат о трех тирексах

Зачем палеонтологи решили поделить тираннозавра на три разных вида

N+1
Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло

Крылатые аборигены Нового Света не вынесут перемен

Вокруг света
«Она позвала меня к себе»: Анна Седокова призналась, что ей подарила Дженнифер Лопес «Она позвала меня к себе»: Анна Седокова призналась, что ей подарила Дженнифер Лопес

Анна Седокова рассказала о личном знакомстве с голливудской иконой

VOICE
Молотов в Берлине Молотов в Берлине

О чем наркоминдел беседовал в Берлине с Гитлером

Дилетант
Марс больше не в моде: экзопланеты, которые вы точно захотите посетить Марс больше не в моде: экзопланеты, которые вы точно захотите посетить

Астрономы продолжают открывать всё новые планеты за пределами Солнечной системы

ТехИнсайдер
Первые и единственные: как забайкальское село не раз прославилось на всю Россию Первые и единственные: как забайкальское село не раз прославилось на всю Россию

Нерчинский Завод — обычная сибирская глубинка. Или нет?

Вокруг света
Изобретение советских физиков может обеспечить энергией весь мир на миллионы лет Изобретение советских физиков может обеспечить энергией весь мир на миллионы лет

Неисчерпаемая энергия у нас прямо под ногами, только непонятно, как ее достать

ТехИнсайдер
Открыть в приложении