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

Дублер человека Дублер человека

Что такое ИИ-агенты, как они устроены и на что способны?

РБК
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
Слово редактора Слово редактора

На самом деле, нет более открытых миру людей, чем яхтсмены

Y Magazine
Графен на пульсе: ученые изобрели татуировку, которая измеряет давление Графен на пульсе: ученые изобрели татуировку, которая измеряет давление

Разработана электронная татуировка для измерения артериального давления

Вокруг света
Не дайте засохнуть своим цветам Не дайте засохнуть своим цветам

Встреча с Эдит Эгер — настоящее чудо, которое с нами случилось

Seasons of life
5 «испорченных» природой мест, в которых мечтает побывать каждый путешественник 5 «испорченных» природой мест, в которых мечтает побывать каждый путешественник

На появление этих удивительных красот уходят тысячелетия

Вокруг света
Под метановыми облаками: астрономы объяснили, почему Уран и Нептун разного цвета Под метановыми облаками: астрономы объяснили, почему Уран и Нептун разного цвета

Почему похожие планеты выглядят для наблюдателя по-разному?

Вокруг света
Сибирский КОТ, или Прототип термоядерного реактора нового поколения Сибирский КОТ, или Прототип термоядерного реактора нового поколения

Как на промышленных предприятиях воспитывают сибирского КОТа

Наука
Совместность рождает небывалое Совместность рождает небывалое

Как выстраивать здоровые партнерские отношения, вести бизнес с друзьями и семьей

Seasons of life
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
По ту сторону реки По ту сторону реки

Культурный посредник, переводчик, доула и гид объясняют свою миссию

Seasons of life
Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка

Истребленный вид может снова населить Зеленый континент

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

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

Seasons of life
Зло во благо: 5 психологических экспериментов, обнаживших все худшее в человеке Зло во благо: 5 психологических экспериментов, обнаживших все худшее в человеке

На что способен человек, если ему дать власть и освободить от ответственности?

Вокруг света
В каждой провинции свой фрукт: 7 вкусных причин поехать в Таиланд летом В каждой провинции свой фрукт: 7 вкусных причин поехать в Таиланд летом

Вы еще не знаете, куда сбежать из душного города? Обратите внимание на Таиланд!

Вокруг света
Вечное лето не за горами: ученые назвали природный пояс России, который скоро исчезнет Вечное лето не за горами: ученые назвали природный пояс России, который скоро исчезнет

Человечество может потерять уникальную фауну и флору

Вокруг света
Ученые открыли новый тип соединений в атмосфере — гидротриоксиды. Рассказываем, чем они опасны Ученые открыли новый тип соединений в атмосфере — гидротриоксиды. Рассказываем, чем они опасны

Гидротриоксиды — чрезвычайно реактивные и опасные вещества

Вокруг света
Срединный путь Срединный путь

Основательница ювелирного бренда — что меняется, когда твоя команда вырастает?

Seasons of life
Дом богини Пеле: назван возраст самого опасного вулкана в мире Килауэа Дом богини Пеле: назван возраст самого опасного вулкана в мире Килауэа

Огнедышащая гора оказалась самым молодым из гавайских «братьев-вулканов»

Вокруг света
Хотите разозлить самца мыши? Вам нужен банан Хотите разозлить самца мыши? Вам нужен банан

Ученые выяснили, почему запах тропического фрукта заставляет грызунов нервничать

Вокруг света
Рыбы и зрелищ Рыбы и зрелищ

Самые интересные места для погружения на планете

Вокруг света
Место для созерцания: как создать японский сад на своем дачном участке Место для созерцания: как создать японский сад на своем дачном участке

Сажать сакуру для японского сада вовсе не обязательно

Вокруг света
Танцующее и поющее кино: 10 фактов о Болливуде Танцующее и поющее кино: 10 фактов о Болливуде

Болливуд: бессмысленный и беспощадный мир индийского кино

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
Найден способ заставить комаров не взрослеть. Зачем это нужно ученым? Найден способ заставить комаров не взрослеть. Зачем это нужно ученым?

Ученые научились оставлять комаров «вечными детьми»

Вокруг света
20 имен для мальчиков и девочек, которые напомнят вам о лете 20 имен для мальчиков и девочек, которые напомнят вам о лете

Некоторые имена имеют самое прямое отношение к лету

Вокруг света
Слайд-шоу Слайд-шоу

Объединенный исследовательский центр, машина для доставки и спортивный катер

ТехИнсайдер
Над волнами – на электричестве Над волнами – на электричестве

RaceBird специально разработан для скоростных гонок

ТехИнсайдер
Как настроить диету для улучшения сна: 6 советов Как настроить диету для улучшения сна: 6 советов

Ряд продуктов способен оказывать благотворное воздействие на сон

Вокруг света
Антимиры Антимиры

Теоретически могут существовать целые антигалактики, заполненные антизвездами

ТехИнсайдер
Открыть в приложении