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
Одно прикосновение фанатки сломало всю ее жизнь: история актрисы Джин Тирни Одно прикосновение фанатки сломало всю ее жизнь: история актрисы Джин Тирни

Джин Тирни всего лишь одно прикосновение поклонницы принесло много страданий

VOICE
Ольга Еремина: Есть ли жизнь после санкций? Ольга Еремина: Есть ли жизнь после санкций?

Кейсы стран, сумевших перестроиться вопреки ограничениям и запретам

РБК
Как вернуть форму намокшей соломенной шляпе в домашних условиях - это просто! Как вернуть форму намокшей соломенной шляпе в домашних условиях - это просто!

Лето - время соломенных шляп

VOICE
Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
«Бархат и лохмотья»: как жили советские «аристократки» в 1930-х «Бархат и лохмотья»: как жили советские «аристократки» в 1930-х

Чем хвастались женщины во времена, когда выделяться было опасно?

Forbes
Алексей Федоров: «Идея квантовых технологий уже необратимо изменила мир» Алексей Федоров: «Идея квантовых технологий уже необратимо изменила мир»

Когда ожидать квантового превосходства и какие изменения оно повлечет в будущем

РБК
Как изготовить реактивный двигатель: наглядное пособие Как изготовить реактивный двигатель: наглядное пособие

Реактивный двигатель построить под силу каждому

ТехИнсайдер
Проверка на вменяемость Проверка на вменяемость

Тест Тьюринга и более совершенные способы определить, разумна ли машина

Цифровой океан
Polnalyubvi Polnalyubvi

Инди-певица Polnalyubvi отправляет серебряный век в TikTok

Собака.ru
За что фантастам вручают престижную премию За что фантастам вручают престижную премию

Подборка произведений, заслуживших престижную литературную премию "Локус"

ТехИнсайдер
Тест-драйв БАЗ-6402: вся мощь тягача ЗРК С-400 «Триумф» Тест-драйв БАЗ-6402: вся мощь тягача ЗРК С-400 «Триумф»

Зенитно-ракетный комплекс С-400 «Триумф»: вся мощь

ТехИнсайдер
Мужской разврат как ошибка эксперимента Мужской разврат как ошибка эксперимента

«Принцип Бейтмана» и другие ошибки великих генетиков

СНОБ
Сон для красоты и здоровья: как быстро улучшить качество сна и избавиться от бессонницы Сон для красоты и здоровья: как быстро улучшить качество сна и избавиться от бессонницы

Сон оказывает большое влияние на красоту и молодостью кожи

ТехИнсайдер
Флагман отрасли Флагман отрасли

Как холдинг ERSO развивает российский рынок электротехники

Наука
Вот как защититься от укуса комаров: так насекомые больше не будут вам надоедать Вот как защититься от укуса комаров: так насекомые больше не будут вам надоедать

У нас есть для вас пара секретов, которые помогут избежать укусов комаров

ТехИнсайдер
Простой способ быстро научиться подтягиваться: после этой тренировки турник освоит каждый! Простой способ быстро научиться подтягиваться: после этой тренировки турник освоит каждый!

Подтягивание — это одно из самых простых упражнений

ТехИнсайдер
Одна вокруг света: нефтяные протесты и поломка в пустыне Одна вокруг света: нефтяные протесты и поломка в пустыне

173-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Перу

Forbes
Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов

Отрывок из монографии «Коллекции Ивана и Михаила Морозовых»

Forbes
Путешествие к центру генома. Какой смысл нашли генетики в бессмысленных участках ДНК Путешествие к центру генома. Какой смысл нашли генетики в бессмысленных участках ДНК

Какой смысл нашли генетики в бессмысленных участках ДНК

N+1
Накопители HDD и SSD: в чем разница? Накопители HDD и SSD: в чем разница?

Что лучше купить - жесткий диск или твердотельный накопитель?

CHIP
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
Марина Краснова Марина Краснова

СЕО Вконтакте Марина Краснова — как развивается платформа, которой уже 16 лет?

Собака.ru
Ритуальный каннибализм, лекарство от чумы и вечеринки со вскрытиями: что люди делали с мумиями на протяжении истории Ритуальный каннибализм, лекарство от чумы и вечеринки со вскрытиями: что люди делали с мумиями на протяжении истории

Почему люди считали каннибализм полезным для здоровья?

ТехИнсайдер
«Считаю себя некрасивой»: нормально ли это? «Считаю себя некрасивой»: нормально ли это?

Как увидеть и открыть истинную красоту в себе?

Psychologies
Термометр сломался? Джоли, Трамп и другие звезды, которые не умеют одеваться по погоде Термометр сломался? Джоли, Трамп и другие звезды, которые не умеют одеваться по погоде

Героини нашей подборки кажется, принципиально игнорируют прогноз погоды

VOICE
Как WeChat, только Twitter: зачем Илон Маск создает свое суперприложение Как WeChat, только Twitter: зачем Илон Маск создает свое суперприложение

Илон Маск ставит новую глобальную цель

Forbes
7 неожиданных идей как использовать таблетки для посудомойки в быту 7 неожиданных идей как использовать таблетки для посудомойки в быту

Для чего еще нужны таблетки для посудомойки

Лиза
Самые преданные породы кошек: они будут обожать вас Самые преданные породы кошек: они будут обожать вас

Генетика может накладывать отпечаток на поведение питомца

ТехИнсайдер
Сооснователи Swiss Smile — о «спа для зубов» и ортодонтии под санкциями Сооснователи Swiss Smile — о «спа для зубов» и ортодонтии под санкциями

Юлия Фишкина и Станислав Вафин — о стандартах стоматологии премиум-класса

РБК
Открыть в приложении