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

Иван Варжавин: «Наша система, как самолет, может лететь даже на одном двигателе» Иван Варжавин: «Наша система, как самолет, может лететь даже на одном двигателе»

Как Газпромбанк модернизировал расчетный центр — ядро внешних платежных операций

РБК
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
Агросектору поручено расти Агросектору поручено расти

Урожай в этом году может обеспечить позитивную динамику в сельском хозяйстве

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

Механическое судно повторяет путь корабля Mayflower

Вокруг света
Железная река Сибири: как Транссибирская магистраль изменила Россию Железная река Сибири: как Транссибирская магистраль изменила Россию

Постройка Транссибирской магистрали была подвигом

Вокруг света
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
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
Технопарад Технопарад

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

ТехИнсайдер
Сердце Кольского полуострова: 5 причин отправиться в Хибины Сердце Кольского полуострова: 5 причин отправиться в Хибины

Как добыча апатита спасла Русский Север

Вокруг света
Страшная сила: в погоне за стройностью анорексики теряют часть мозга Страшная сила: в погоне за стройностью анорексики теряют часть мозга

Изменения мозга при РПП даже серьезнее, чем при депрессии и ОКР

Вокруг света
Дома-кочевники: 6 известных зданий в Москве, которые сменили прописку Дома-кочевники: 6 известных зданий в Москве, которые сменили прописку

В двадцатом веке передвинули около 70 зданий

Вокруг света
Собирательный образ Собирательный образ

Как разделять со своим сообществом ответственность?

Seasons of life
Противоядие против старения: как работает рапамицин Противоядие против старения: как работает рапамицин

Потрясающий рассказ о настоящей науке и старении

Вокруг света
Алкомаркеты пустые, проезд в метро — 6 рублей: впечатления россиянина от жизни в Ташкенте Алкомаркеты пустые, проезд в метро — 6 рублей: впечатления россиянина от жизни в Ташкенте

Переехавший из Новосибирска рассказал, чем живет среднеазиатский мегаполис

Вокруг света
«Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан «Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан

Ее жизнь — как будто сценарий бразильского сериала

Вокруг света
Петербург Брэдбери и Айн Рэнд: 5 книг, которые помогут по-новому взглянуть на Северную столицу Петербург Брэдбери и Айн Рэнд: 5 книг, которые помогут по-новому взглянуть на Северную столицу

Про город на Неве писали не только Достоевский, Пушкин и Гоголь

Вокруг света
Ученые создали новый ценный материал — графин. Рассказываем, чем он уникален Ученые создали новый ценный материал — графин. Рассказываем, чем он уникален

Чем уникален графин и почему на его создание ушли десятилетия?

Вокруг света
Гонки на колеснице и типичный кельт: археологи изучили найденные под Анапой редкие перстни Гонки на колеснице и типичный кельт: археологи изучили найденные под Анапой редкие перстни

В Краснодарском крае нашли артефакты, которые редко встречаются в этих местах

Вокруг света
Ученые: люди на Марсе будут строить дома с помощью мочевины и пить комбучу Ученые: люди на Марсе будут строить дома с помощью мочевины и пить комбучу

Стали известны подробности жизни на Красной планете

Вокруг света
Свернуть полетную программу: ботаники нашли у одуванчика механизм принятия решений Свернуть полетную программу: ботаники нашли у одуванчика механизм принятия решений

Растения умеют запрещать семенам отрываться

Вокруг света
Нужен ли вам мозг на самом деле? Нужен ли вам мозг на самом деле?

«Кора головного мозга отвечает за гораздо меньшее, чем думают большинство людей»

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

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

ТехИнсайдер
Как накормить мир и не убить планету Как накормить мир и не убить планету

Болевая точка сельского хозяйства – корма. Общая проблема – нехватка протеина

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

Кейсы стран, сумевших перестроиться вопреки ограничениям и запретам

РБК
Разные, но равные: ученые по ДНК восстановили внешность живших 1700 лет назад корейцев Разные, но равные: ученые по ДНК восстановили внешность живших 1700 лет назад корейцев

Местное население Корейского полуострова было очень разнообразным

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
Открыть в приложении