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

Принятие неизбежного Принятие неизбежного

Как российский бизнес погружался в новую экономическую реальность

Forbes
Огромная свалка комет: подлинная природа Плутона Огромная свалка комет: подлинная природа Плутона

Плутон больше не считают планетой, но от этого он не становится менее интересным

ТехИнсайдер
Пролезть между струйками не получится Пролезть между струйками не получится

Казахстан не торопится поддержать Россию в санкционной войне с Западом

Эксперт
На пути к климатической нейтральности На пути к климатической нейтральности

В стране будет организована широкая сеть карбоновых полигонов

Агроинвестор
Думать – правильно Думать – правильно

Психотерапевт, гуру ТВ и один из топов Сбера о себе и правилах, по которым живет

Psychologies
Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K

Многие девушки мечтают о большой груди, но жить с ней не так-то просто

VOICE
Правила секса Светланы Бондарчук Правила секса Светланы Бондарчук

Приглашенный главный редактор делится открытиями на пути принятия себя

Psychologies
Пойманный в Камбодже скат оказался крупнейшей пресноводной рыбой Пойманный в Камбодже скат оказался крупнейшей пресноводной рыбой

Рыбак поймал в реке Меконг гигантского ската с длиной тела около четырех метров

N+1
Мастер по свету Мастер по свету

Кто и как делает самые масштабные мультимедийные шоу в России

Forbes
Дети научат искусственный интеллект учиться Дети научат искусственный интеллект учиться

Дети часто обучаются на единственном примере. ИИ пока такое обучение недоступно

ТехИнсайдер
Мимо туристических маршрутов. 7 неочевидных мест для отдыха в Турции Мимо туристических маршрутов. 7 неочевидных мест для отдыха в Турции

«Сноб» составил подборку небанальных мест для отдыха в Турции

СНОБ
5 самых ядовитых грибов в мире: не смейте даже прикасаться к ним 5 самых ядовитых грибов в мире: не смейте даже прикасаться к ним

Собирая грибы в лесу, важно быть начеку

ТехИнсайдер
Билл Гейтс рекомендует: пять отличных книг на лето Билл Гейтс рекомендует: пять отличных книг на лето

Что миллиардер Билл Гейтс советует почитать в отпуске?

Forbes
Марина Яковлева: «Я сказала Джигарханяну «Нет! Останемся друзьями» Марина Яковлева: «Я сказала Джигарханяну «Нет! Останемся друзьями»

Моя мама была суровой. Я ее и любила, и боялась

Караван историй
Почему отношения «как в кино» не работают? Почему отношения «как в кино» не работают?

Идеальные отношения «из кино» в реальной жизни нас разочаруют

Psychologies
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
Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа

Собрали 10 удивительных фактов о его работе — спорим, ты этого не знала!

VOICE
За что фантастам вручают престижную премию За что фантастам вручают престижную премию

Подборка произведений, заслуживших престижную литературную премию "Локус"

ТехИнсайдер
Как нумерология помогает найти свой жизненный путь Как нумерология помогает найти свой жизненный путь

Значение нумерологии в жизни людей нельзя недооценивать

VOICE
К сезону мини к сезону готова К сезону мини к сезону готова

Как сделать ноги стройными с помощью питания, упражнений и полезных привычек

Лиза
Женщина на грани политической катастрофы: Джулия Робертс в сериале про «Уотергейт» Женщина на грани политической катастрофы: Джулия Робертс в сериале про «Уотергейт»

«Газлит» — политический триллер о Уотергейтском скандале

Forbes
Разговорная речь заставила выбрать между умными словами и сложными предложениями Разговорная речь заставила выбрать между умными словами и сложными предложениями

Оказалось, что чем проще используемые в речи слова, тем сложнее грамматика

N+1
Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов

Археолог-любитель обнаружил фрагмент меча эпохи викингов

N+1
Как сломать сценарий отношений, который заставляет нас страдать? Как сломать сценарий отношений, который заставляет нас страдать?

Как побороть зависимость от определенного типа отношений

Psychologies
Захватывающая история изобретения и эволюции женских стрингов (с картинками) Захватывающая история изобретения и эволюции женских стрингов (с картинками)

Этот предмет женского гардероба вызывал столько мужских эмоций!

Maxim
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
400 лет спустя: управляемое ИИ судно повторило маршрут корабля пилигримов Mayflower 400 лет спустя: управляемое ИИ судно повторило маршрут корабля пилигримов Mayflower

Корабль Mayflower без экипажа на борту совершил свое историческое плавание

Вокруг света
Как продлить молодость: советы о правильном питании и пищевых привычках, которые помогут вам оставаться в форме Как продлить молодость: советы о правильном питании и пищевых привычках, которые помогут вам оставаться в форме

Правильное питание для здоровья и молодости

ТехИнсайдер
О проекте Александра Химушина «Мир в лицах» и выставке в заполярной Дудинке О проекте Александра Химушина «Мир в лицах» и выставке в заполярной Дудинке

Мария Маханова отправилась на Таймыр, чтобы поговорить с Александром Химушиным

СНОБ
4 гигиенические привычки, которые могут навредить вашему здоровью 4 гигиенические привычки, которые могут навредить вашему здоровью

Почему гигиенические ритуалы не делают нас здоровее

Psychologies
Открыть в приложении