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

Вид с мостика Вид с мостика

Что может узнать о жизни миллиардеров капитан суперъяхты

Forbes
Загадка «русской Рапунцель»: что сгубило супермодель Руслану Коршунову Загадка «русской Рапунцель»: что сгубило супермодель Руслану Коршунову

Почему «русская Рапунцель» Руслана Коршунова решила, что больше не хочет жить?

VOICE
Сергей Салкуцан: «Очаги цифровизации возникают в разных областях знаний» Сергей Салкуцан: «Очаги цифровизации возникают в разных областях знаний»

Как меняется наука сегодня и может ли ИИ заменить ученого?

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
Новая дисциплина Новая дисциплина

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

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
След тигра След тигра

Как складывается судьба проекта «Амурский тигр»

Вокруг света
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
Норма, я тебя знаю Норма, я тебя знаю

Михаил Лабковский о понятии «норма», гениальности, детских травмах и счастье

Psychologies
Твои натуральные локоны: все, что нужно знать о кудрявом методе Твои натуральные локоны: все, что нужно знать о кудрявом методе

Устала бороться с непослушными волосами, пытаясь их выпрямить?

VOICE
Химики получили топологически хиральный молекулярный узел с 14 перекрестьями Химики получили топологически хиральный молекулярный узел с 14 перекрестьями

Химики из Китая синтезировали два топологически хиральных молекулярных узла

N+1
Как узнать, сколько оперативной памяти на компьютере? Как узнать, сколько оперативной памяти на компьютере?

Как узнать, сколько оперативной памяти уже есть в компьютере или ноутбуке?

CHIP
Танатофобия: что такое страх смерти и как с ним бороться Танатофобия: что такое страх смерти и как с ним бороться

Почему у некоторых людей любое упоминание смерти вызывает панику и тревожность?

РБК
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
Чайный гриб от всех болезней: почему комбуча снова на пике моды Чайный гриб от всех болезней: почему комбуча снова на пике моды

Рассказываем об истории чайного гриба и культуре его потребления

Вокруг света
Возьму – пригодится! Возьму – пригодится!

Советы психолога, как перестать покупать ненужные вещи

Лиза
Астрономы усомнились в природе кандидата в «блуждающую» черную дыру звездной массы Астрономы усомнились в природе кандидата в «блуждающую» черную дыру звездной массы

Первый случай обнаружения объекта с помощью астрометрического микролинзирования

N+1
Как одиночество убивает наш мозг и почему нас спасут соцсети, шопинг и собаки Как одиночество убивает наш мозг и почему нас спасут соцсети, шопинг и собаки

Отрывок из книги «Устойчивый мозг» о том, как сохранить его продуктивность

Forbes
На заре жизни: метеорит Шассиньи перевернул представление о планетах Солнечной системы На заре жизни: метеорит Шассиньи перевернул представление о планетах Солнечной системы

«Юные годы» Марса были вовсе не такими, как принято считать в науке о космосе

Вокруг света
Может ли торий спасти Землю от энергетического кризиса? Может ли торий спасти Землю от энергетического кризиса?

Торий может спасти человечество от энергетического кризиса

ТехИнсайдер
Баловали, но держали в строгости: как воспитывали будущую королеву Елизавету II Баловали, но держали в строгости: как воспитывали будущую королеву Елизавету II

Детство королевы Елизаветы II было не таким, как у ее сверстников

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

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

ТехИнсайдер
Миссия — впечатлить: 5 самых важных правил поведения на первом свидании Миссия — впечатлить: 5 самых важных правил поведения на первом свидании

Первое свидание — дело ответственное. Ведь от него зависит, будет ли второе

VOICE
8 вещей, о которых вы пожалеете после 30 лет 8 вещей, о которых вы пожалеете после 30 лет

Как не потратить свою жизнь на сожаления

Psychologies
Как распознать тирана в отношениях: как они ведут себя в семье Как распознать тирана в отношениях: как они ведут себя в семье

Психолог назвала признаки домашнего тирана и рассказала, как избежать опасности

Psychologies
Провокаторы: кто они и чем опасны Провокаторы: кто они и чем опасны

Как выйти из конфликта с провокатором?

Psychologies
Пункт назначения для женщин: как борются с домашним насилием в Северной Осетии Пункт назначения для женщин: как борются с домашним насилием в Северной Осетии

Как столица Северной Осетии стала пунктом спасения для женщин

Forbes
3 научные причины полюбить музыку 3 научные причины полюбить музыку

Музыка может поменять структуру мозга

Psychologies
На квасе или на кефире? А может быть на пиве? 5 беспроигрышных рецептов окрошки На квасе или на кефире? А может быть на пиве? 5 беспроигрышных рецептов окрошки

Окрошка — блюдо для полета фантазии

ТехИнсайдер
Удар хватил: 5 российских правителей, которых подкосил инсульт Удар хватил: 5 российских правителей, которых подкосил инсульт

Болезнь, которая не обходит стороной ни бедняков, ни государей

Вокруг света
Открыть в приложении