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

10 лучших российских акций в 2024 году: чего ждать от них в будущем 10 лучших российских акций в 2024 году: чего ждать от них в будущем

Наиболее подорожавшие российские акции 2024: причины их роста и перспективы

РБК
Слайд-шоу Слайд-шоу

Объединенный исследовательский центр, машина для доставки и спортивный катер

ТехИнсайдер
«Двойка» за хорошее поведение «Двойка» за хорошее поведение

BMW M2 Gran Coupe: баварское купе, которое на самом деле седан

Автопилот
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
Противоядие против старения: как работает рапамицин Противоядие против старения: как работает рапамицин

Потрясающий рассказ о настоящей науке и старении

Вокруг света
Зачем насекомым хоботки? Зачем насекомым хоботки?

Насекомые приспособлены к условиям обитания лучше большинства других животных

Наука и жизнь
Одной левой: Пол Маккартни и еще 9 знаменитых левшей Одной левой: Пол Маккартни и еще 9 знаменитых левшей

Занимательные факты о левшах

Вокруг света
Дела семейные Дела семейные

Наши герои, которые не побоялись построить бизнес с близкими

Seasons of life
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
Нырнуть в Баренцево море и поймать волну в Финском заливе: 5 направлений для экстремального водного туризма в России Нырнуть в Баренцево море и поймать волну в Финском заливе: 5 направлений для экстремального водного туризма в России

Экстремальный водный туризм России: рассказывают профессионалы

Вокруг света
Назвали в честь россиянки: в Якутии впервые нашли шипоноску, которая жила в одно время с динозаврами Назвали в честь россиянки: в Якутии впервые нашли шипоноску, которая жила в одно время с динозаврами

Сибирский янтарь хранит еще немало тайн, уверены ученые

Вокруг света
Охотница на королей: как Диана де Пуатье завладела сердцем французского монарха Охотница на королей: как Диана де Пуатье завладела сердцем французского монарха

Диана де Пуатье почти тринадцать лет была некоронованной королевой Франции

Вокруг света
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
«Беты» первыми столкнутся с природными санкциями» «Беты» первыми столкнутся с природными санкциями»

Каким видится сегодня поколение потребителей будущего?

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
7 необычных локаций Санкт-Петербурга для тех, кто хорошо знает город на Неве 7 необычных локаций Санкт-Петербурга для тех, кто хорошо знает город на Неве

В Петербурге столько достопримечательностей, что можно ходить по нему бесконечно

Вокруг света
Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади Удивятся даже москвичи: 6 неочевидных достопримечательностей Красной площади

Знакомимся с очень любопытными местами неподалеку от Красной площади

Вокруг света
На птичьих правах: гарпия, киви и другие необычные пернатые-символы государств На птичьих правах: гарпия, киви и другие необычные пернатые-символы государств

Вы могли даже не слышать о существовании некоторых из этих птиц

Вокруг света
Гороскоп нового времени: как предсказать свое будущее с помощью ДНК-тестов Гороскоп нового времени: как предсказать свое будущее с помощью ДНК-тестов

Люди запрашивают множество разных тестов, но ситуация с ними весьма запутанна

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 заснуть в автобусе: 5 советов от тревел-блогеров Как заснуть в автобусе: 5 советов от тревел-блогеров

Как заснуть в поездке: лайфхаки от опытных путешественников

Вокруг света
Удар хватил: 5 российских правителей, которых подкосил инсульт Удар хватил: 5 российских правителей, которых подкосил инсульт

Болезнь, которая не обходит стороной ни бедняков, ни государей

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
Арктический город будущего Арктический город будущего

Реальные технологии строительства в Арктике приходили из Норильска

ТехИнсайдер
Собирательный образ Собирательный образ

Как разделять со своим сообществом ответственность?

Seasons of life
Городские корни Городские корни

По соседству с москвичами и гостями столицы проживают миллионы растений

ТехИнсайдер
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
Антимиры Антимиры

Теоретически могут существовать целые антигалактики, заполненные антизвездами

ТехИнсайдер
Большие обитатели больших морей: что мы знаем об альбатросах Большие обитатели больших морей: что мы знаем об альбатросах

Альбатросы — величайшие в мире странники

Вокруг света
Совместность рождает небывалое Совместность рождает небывалое

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

Seasons of life
Открыть в приложении