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.

O'qishni davom ettirish uchun tizimga kiring. Bu tez va bepul.

Roʻyxatdan oʻtish orqali men foydalanish shartlari 

Tavsiya etilgan maqolalar

Импортозамещение выходит на новый уровень Импортозамещение выходит на новый уровень

Российская промышленность снижает зависимость от иностранных поставщиков

РБК
Как детская викторина: этот простой тест указывает на опухоль мозга с вероятностью 87,5% Как детская викторина: этот простой тест указывает на опухоль мозга с вероятностью 87,5%

Этот тест рекомендуют проводить пациентам с головной болью

Вокруг света
Токсичен в больших дозах: ученые нашли у популярного БАДа способность влиять на раковые клетки Токсичен в больших дозах: ученые нашли у популярного БАДа способность влиять на раковые клетки

Это открытие может перевернуть представление о лечении пациентов с онкологией

Вокруг света
От ужаса колотится сердце: 5 самых страшных в мире фильмов От ужаса колотится сердце: 5 самых страшных в мире фильмов

Фильмы, заставляющие сердце выскакивать из груди

Вокруг света
Чувствуют агрессию: выявлена способность животных распознавать эмоции людей Чувствуют агрессию: выявлена способность животных распознавать эмоции людей

Лошади и свиньи оказались куда более проницательны, чем считалось раньше

Вокруг света
Рогатый, водяной, королевский: 7 жутких, но прекрасных пауков Рогатый, водяной, королевский: 7 жутких, но прекрасных пауков

Наша подборка поможет победить боязнь пауков (но это не точно)

Вокруг света
«Дамате» пересядет на собственные яйца «Дамате» пересядет на собственные яйца

Компания «Дамате» строит племрепродуктор второго порядка для индейки

Агроинвестор
Собор, мечеть, музей: полторы тысячи лет истории Святой Софии Константинопольской в занимательных фактах Собор, мечеть, музей: полторы тысячи лет истории Святой Софии Константинопольской в занимательных фактах

Собор Святой Софии поражает воображение своими размерами

Вокруг света
Расправить крылья Расправить крылья

Учителя — о том, как вырастить «своих» в маленьком городе

Seasons of life
«Дух дурения»: как жили коренные народы Сибири и шаманы «Дух дурения»: как жили коренные народы Сибири и шаманы

Сибирская история полна страстей и самоотверженности. И знать ее необходимо

Вокруг света
Как настоящая: в MIT научились выращивать мебель из искусственного дерева Как настоящая: в MIT научились выращивать мебель из искусственного дерева

Материал будет расти сразу в форме столешницы или книжной полки

Вокруг света
«Золотой век» букашек: какими были крупнейшие насекомые доисторической эпохи «Золотой век» букашек: какими были крупнейшие насекомые доисторической эпохи

Если бы насекомые создали свою мифологию, в ней поминалась бы эпоха титанов

Вокруг света
Революция дилетантов: как дерматолог и юрист устроили Кубинскую революцию Революция дилетантов: как дерматолог и юрист устроили Кубинскую революцию

Как маленькая компания интеллигентов изменила жизнь целой страны

Вокруг света
Как устроено образование в Аргентине: от детских садов до университетов Как устроено образование в Аргентине: от детских садов до университетов

В Аргентине детей отправляют в ясли уже в 1,5 месяца

Вокруг света
Покрас Лампас, Али Мамедов: «Личный бренд начинается с собственной философии» Покрас Лампас, Али Мамедов: «Личный бренд начинается с собственной философии»

Какую ответственность несет публичный человек перед своей аудиторией?

РБК
От Морятника до Мортуария: 10 небанальных достопримечательностей Волгограда, которые стоит посетить каждому От Морятника до Мортуария: 10 небанальных достопримечательностей Волгограда, которые стоит посетить каждому

Город, сменивший три названия и растянувшийся вдоль Волги на сто километров

Вокруг света
6 дней, которые потрясли мир: как молодому Израилю удалось победить в войне на 3 фронта 6 дней, которые потрясли мир: как молодому Израилю удалось победить в войне на 3 фронта

Он передал в штаб одно слово, «виноград». Этот условный сигнал означал — «война»

Вокруг света
Сохранить до весны Сохранить до весны

Как производители овощей решают проблемы с поставками оборудования для хранилищ

Агроинвестор
Нездешняя рыба Нездешняя рыба

Рыбаки все чаще вытаскивают из российских водоемов диковинных, невиданных рыб

Вокруг света
Технопарад Технопарад

Линзы с AR, новая ракета Nasa Space Launch System и запись звуков на Марсе

ТехИнсайдер
Город, в который напрасно не едут туристы: мини-путеводитель по Брянску Город, в который напрасно не едут туристы: мини-путеводитель по Брянску

Брянск: здесь можно погулять в тени деревьев в многочисленных парках и скверах

Вокруг света
Собирательный образ Собирательный образ

Как разделять со своим сообществом ответственность?

Seasons of life
Унесенные ветром эпох: что мы на самом деле знаем о готах Унесенные ветром эпох: что мы на самом деле знаем о готах

От слова «готы» веет духом загадочности

Вокруг света
«Уцелеть — не значит выжить»: какой была военная медицина 200 лет назад «Уцелеть — не значит выжить»: какой была военная медицина 200 лет назад

Как работали медики во время войны 1812 года

Вокруг света
Когда бы не Елена... Когда бы не Елена...

Место, где Запад встречается с Востоком, а прошлое — с настоящим

Seasons of life
Сердце Кольского полуострова: 5 причин отправиться в Хибины Сердце Кольского полуострова: 5 причин отправиться в Хибины

Как добыча апатита спасла Русский Север

Вокруг света
«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
Ученые секвенировали геном жителя древнеримских Помпей. Он оказался неместным Ученые секвенировали геном жителя древнеримских Помпей. Он оказался неместным

Метод дробовика помог изучить останки жителя древнеримских Помпей

Вокруг света
Ледяная лаборатория Ледяная лаборатория

В свой первый поход отправится новейшая ледостойкая платформа «Северный полюс»

ТехИнсайдер
Одна из худших машин в мире: история автомобиля Yugo Одна из худших машин в мире: история автомобиля Yugo

«Юго — это ненадолго» — шутят белградские автомобилисты

Вокруг света
Открыть в приложении