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

Как экологические ограничения отражаются на развитии нефтехимии Как экологические ограничения отражаются на развитии нефтехимии

Можно ли нарастить производство полимеров и не навредить экологии?

РБК
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
Слово редактора Слово редактора

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

Y Magazine
Портал Портал

На вокзалах ежечасно вершатся судьбы

Seasons of life
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
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
Просто растворились: ученые выяснили, почему исчезли следы древних людей в Денисовой пещере Просто растворились: ученые выяснили, почему исчезли следы древних людей в Денисовой пещере

Летучие мыши причастны к исчезновению следов древних людей

Вокруг света
Модифицировать риск — благородное дело Модифицировать риск — благородное дело

Нездоровый образ жизни — основная причина большого количества заболеваний

Наука
Собирательный образ Собирательный образ

Как разделять со своим сообществом ответственность?

Seasons of life
Уют французской глубинки: как превратить свой дачный участок в сад в стиле прованс Уют французской глубинки: как превратить свой дачный участок в сад в стиле прованс

Путешествуем вокруг света, не покидая приусадебного участка

Вокруг света
В четырех стенах: российские ученые проследили связь между изоляцией и ростом иммунитета В четырех стенах: российские ученые проследили связь между изоляцией и ростом иммунитета

Организмы испытуемых ответили на стресс и снижение физической активности

Вокруг света
Что делать, если машина сломалась в дороге: лайфхаки на случай внезапных ЧП Что делать, если машина сломалась в дороге: лайфхаки на случай внезапных ЧП

Как выполнить срочный ремонт, чтобы доехать до ближайшего автосервиса

Вокруг света
Энергетическая коллекция Энергетическая коллекция

Высокотехнологичное будущее российской энергетики и 11 ярких его примеров

ТехИнсайдер
Увенчанный славой: 9 полезных свойств лаврового листа Увенчанный славой: 9 полезных свойств лаврового листа

Это уникальное растение даже в сухом виде сохраняет свои лучшие качества

Вокруг света
Подводные пирамиды и статуи «рептилоидов»: 20 самых загадочных объектов мира Подводные пирамиды и статуи «рептилоидов»: 20 самых загадочных объектов мира

Древний булыжник удивляет нас больше, чем компьютер размером в полладони

Вокруг света
«Золото или жизнь»: краткая история пиратства «Золото или жизнь»: краткая история пиратства

Пиратство можно назвать одной из древнейших «профессий»

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
Чайный гриб от всех болезней: почему комбуча снова на пике моды Чайный гриб от всех болезней: почему комбуча снова на пике моды

Рассказываем об истории чайного гриба и культуре его потребления

Вокруг света
Что такое тревога и как с ней справляться: 6 простых и эффективных стратегий Что такое тревога и как с ней справляться: 6 простых и эффективных стратегий

Наши тревоги не определяют нас, но они могут осложнить нам жизнь

Вокруг света
«Здесь птицы не поют»: в России нашли способ озеленить «мертвую» землю рядом с заводами «Здесь птицы не поют»: в России нашли способ озеленить «мертвую» землю рядом с заводами

Промышленные отходы помогут восстановить землю рядом с заводами

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
«Я хочу принести пользу своему народу»: как живут индейцы Сери в Мексике «Я хочу принести пользу своему народу»: как живут индейцы Сери в Мексике

Жизнь племени Сери неразрывно связана с его традициями

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
Забытая резиденция: история усадьбы Царицыно от «проклятого» дворца до чеховских дач Забытая резиденция: история усадьбы Царицыно от «проклятого» дворца до чеховских дач

Екатерина выкупила эти земли за 25 тыс. рублей. Так началась история Царицына

Вокруг света
Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых? Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых?

За сорок лет склоны Альпийских гор стали зеленее на 77%, и это только начало

Вокруг света
Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло

Крылатые аборигены Нового Света не вынесут перемен

Вокруг света
В год около 100 переездов: 10 фактов, которые удивляют в жизни оленеводов на Ямале В год около 100 переездов: 10 фактов, которые удивляют в жизни оленеводов на Ямале

Представители малых народов совмещают традиции и современные технологии

Вокруг света
Над волнами – на электричестве Над волнами – на электричестве

RaceBird специально разработан для скоростных гонок

ТехИнсайдер
Как изменится мир, которым будут управлять разумные машины? Как изменится мир, которым будут управлять разумные машины?

Каким будет новое человеческое будущее?

Вокруг света
Мусорное искусство Мусорное искусство

Инсталляции, созданные из мусора, напоминают о глобальной проблеме Земли

ТехИнсайдер
Открыть в приложении