На сайте EE Times опубликован список перспективных технологий электроники, которые, по мнению ресурса, получат свое развитие в 2010 году.
Экономический спад является периодом изменений, когда на первый план выдвигаются инвестиции в исследования и разработки. Хорошо известно, что состояние рынка после кризиса никогда не остается в том же виде, в каком оно было накануне кризиса.
В списке, который предлагается ниже, нашли отражения только технологии, связанные с разработками на аппаратном уровне, хотя развитие программных технологий также будет оказывать сильное влияние на состояние рынка электроники в 2010 году.
Есть также ряд направлений развития технологий, которые являются настолько очевидными и долгосрочными, что в данный список они не вошли. Эти направления связаны с необходимостью снижения потребляемой мощности и применение решений, направленных на уменьшение содержания ценных материалов в продукте. Эти технологии выступают двигателями многих направлений развития электроники, перечисленных ниже.
1. Биологическая обратная связь или электроника, управляемая мыслью
Ряд компаний и исследовательских лабораторий доказали, как электромагнитные волны, излучаемые мозгом человека и зарегистрированные с помощью детекторов, расположенных на голове или в наушниках, могут быть использованы для управления компьютерными системами. Возможными приложениями в данной области могут быть медицина (лица с ограниченными возможностями могут осуществлять коммуникации и управлять необходимой техникой), оборонные системы, интерфейсы компьютерных игр и потребительские продукты. Такая компания, как Emotiv Systems Inc. уже продвигает разработанный ей интерфейс человек-компьютер, управляемый электромагнитными волнами мозга.
2. Печатная электроника
Возможность быстрой печати множества проводящих, изолирующих и полупроводниковых слоев для формирования электронной схемы открывает перспективы значительного снижения стоимости производства интегральных схем. Печатаемые полупроводники обычно предполагают использование органических материалов, характеристики которых сильно отличаются от параметров кремния. Эта технология также использует намного большие минимальные размеры, по сравнению с теми, которые могут быть получены на кремнии. Однако есть приложения, которые могут получить преимущества от применения данной технологии, среди них RFID-чипы и панели для дисплеев с активной матрицей.
Например, компания Kovio Inc., которая является пионером в печатной кремниевой электронике и занимается этой проблемой с 2001 года, в июле 2009 года объявила о начале серийной поставки радиочастотных штриховых кодов, изготовленных по технологии печатной электроники.
3. Пластиковая память
Этот вид памяти связан с печатной электроникой, так как она с успехом может быть изготовлена путем печати и ожидается, что будет иметь низкую стоимость. Одним из пионеров в этой области является компания Thin Film Electronics ASA, которая потратила ряд лет на разработку технологии в сотрудничестве с компанией Intel.
Технология основана на применении политиофенов, семейства полимеров, которые проявляют ферроэлектрические свойства. Пластиковая память является перезаписываемой и энергонезависимой. По данным компании Thin Film Electronics она обеспечивает более чем 10-летний срок хранения данных и один миллион циклов перезаписи. В сентябре 2009 года компания PolyIC GmbH & Co. KG использовала эту технологию для создания 20-битной памяти на линии рулонной печати с использованием полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate – PET) в качестве подложки.
4. Безмасочная литография
Для многих специалистов главным вопросом, который пока остается не решенным в полупроводниковой литографии, является тот момент, когда EUV-литография сменит иммерсионную литографию. Однако, есть и «темная лошадка» в этой гонке – безмасочная литография, которая основана на использовании электронного пучка для создания топологии схемы. Пионером в данной технологии выступает компания Mapper Lithography BV.
В июле 2009 года эта компания передала процесс электронной литографии для 300-мм пластин в исследовательскую лабораторию CEA-Leti, где он будет использоваться для проведения исследований корпорацией TSMC.
5. Параллельная обработка
Данная технология уже применяется в 2- и 4-ядерных процессорах для PC и многоядерных гетерогенных процессорах, используемых во встраиваемых приложениях. Однако, до сих пор нет ясной методологии программирования многоядерных процессоров и путей достижения максимальной производительности и энергоэффективности процессоров.
Среди технологий, направленных на решение данной проблемы, появившиеся в последнее время методологии программирования OpenCL и Cuda, которые открывают перспективы использования графических процессоров в качестве процессоров общего назначения, что значительно увеличивает производительность системы.
6. Сбор энергии
Идея сбора энергии не нова. Наручные часы приводятся в действие с помощью движения на протяжении многих лет. Но так как электронные схемы начинают потреблять уже мкВт, а не мВт энергии, в последнее время появляются новые интересные возможности. Питание электронных схем может осуществляться не от электрической сети или батарей, а при помощи использования различных процессов в окружающей среде.
Одним из первых приложений в этой сфере явилось использование беспроводных датчиков с питанием от энергии вибрации какого-либо оборудования и автомобиля. Отсутствие батарей для питания таких датчиков устраняет необходимость в их обслуживании. Компания EnOcean GmbH стала пионером в использовании беспроводных безбатарейных переключателей для систем автоматики зданий. В настоящее время формируется альянс EnOcean Alliance, целью которого является разработка соответствующего стандарта.
Компания Nokia рассматривает возможность применения технологии сбора энергии для мобильной телефонии. Ожидается, что в 2010 году все производители мобильного оборудования будут все больше внимания уделять технологии сбора энергии, по крайней мере, будут прилагать усилия по увеличению срока службы батарей.
7. Биоэлектроника и wetware
В данной области скорее всего в ближайшее время будут проводиться исследования, а не конкретные разработки, однако перспективы сочетания биологических объектов и электроники в настоящее время все более вырисовываются. Мы привыкли к таким вещам, как имплантация каких-либо приборов в живой организм в виде подкожных меток у животных и кардиостимуляторов для людей. Необходимость улучшения и снижения стоимости медицинского обслуживания становится все более актуальным.
По мере развития производства таких устройств как MEMS и органической электроники, перспективы интеграции живых тканей и электронных устройств расширяются. Появление лабораторий на микросхеме (Lab-on-a-chip) является одним из проявлений данной тенденции. Так, например, компания IBM недавно представила биочип для быстрой диагностики многих заболеваний. Исследования показали также возможность выращивания биологических ячеек на подложках с электронной адресацией. Возможность диагностики в лабораторных условиях очевидна. Информация об электрических свойствах индивидуальных ячеек и их реакция на лекарственные средства является центром исследований сердечно-сосудистых и нервных болезней, особенно таких как болезни Альцгеймера или Паркинсона.
8. Резистивное ОЗУ или мемристор
Поиски универсальной памяти продолжаются. Она должна быть такой же простой, как DRAM, а желательно проще, так как размеры конденсаторов в такой памяти трудно масштабировать. Универсальная память должна хранить данные в течение нескольких лет при отсутствии питания, и ее необходимо перезаписывать миллионы раз. Она должна быть простой для того, чтобы использовать обычные методы производства и материалы, которые будут совместимы с процессами, используемыми в обычной кремниевой фабрике. Пока такой памяти нет.
Однако, многие компании проявляют активность в этом направлении. В 2009 году компания Unity Semiconductor Corp. после 7 лет исследований представила технологию памяти CMOx (conductive metal oxide).
Лаборатория Hewlett-Packard Labs провела теоретическую работу по созданию мемристора, двухвыводного устройства, которое демонстрирует эффект памяти резистивной характеристики. Часто этот прибор называют четвертым пассивным элементом электронной схемы, наряду с резистором, конденсатором и индуктивностью.
9. Переходные отверстия в кремнии (TSV)
Маркетинговые, а также технические причины, заставляют компании искать решения по оптимизации расположения нескольких кристаллов в одном корпусе, что диктует необходимость создания более сложных межсоединений и, в частности, применения переходных отверстий в кремниевой пластине (through-silicon-via – TSV) или кристалле. Ожидается, что данная технология приведет к созданию реальных 3-D-устройств.
В мае 2009 года компания Austriamicrosystems начала производство устройств в использованием TSV в условиях кремниевой мастерской, на которой производится 3-D-интеграция КМОП-чипов и компонентов датчиков в одном корпусе
10. Различные технологии батарей
Развитие технологий батарей не подчиняется закону Мура и не зависит от тех законов, которые управляют развитием интегральных схем. Действительно, если плотность энергии, хранящейся в батарее, увеличивать до бесконечности, то она становится слишком опасной.
Тем не менее, мы повсеместно используем батареи для хранения энергии и питания различных устройств. И без прорыва в развитии батарейных технологий многие решения останутся не реализованными, например, создание экологически безопасного транспорта.
Последние модификации батарей на основе никеля и лития, например, применение в производстве батарей гидроксида никеля (nickel oxyhydroxide), оливинового фосфата лития и железа (olivine-type lithium iron phosphate) и нанопроводов (nanowires) позволяют отчасти решить проблемы щелочных марганцево-цинковых элементов.