5 tech breakthrought: Chip-level advances that may change computing; www.computerworld.com

 

Изменяемые чипы: программируемые слои
Перейдем к самым миниатюрным модулям памяти. Почти все чипы, используемые в современной электронике, имеют одну общую черту: их активные элементы находятся в верхем слое кремния, толщина которого не превышает 2% от всей толщины слоя..
В ближайшие несколько лет ситуация изменится, так как производители будут стараться втиснуть в вертикальные слои как можно больше компонентов. Некоторые производители, такие как Intel, используют технологии склеивания отдельных чипов, а ученые из Университета Рочестера создают многослойные 3D-структуры внутри чипов. Как считает Гуха из IBM, оба подхода очень сложные и дорогие. Конечно, хорошо было бы заставить чипы перестраивать свою схему «по требованию», чтобы иметь несколько слоев активных элементов. Такая идея, воплощенная в технологии Spacetime компании Tabula, была применена в архитектуре чипов ABAX.
Вместо того чтобы намертво впечатывать в кремний несколько слоев постоянных компонентов, ABAX использует перепрограммируемые схемы, способные изменять функции в зависимости от требований пользователя. В настоящее время чипы производителя Tabula содержат восемь разных слоев, свойства которых можно варьировать в мгновение ока.
«Это выглядит почти так же, как супермаркет с восемью этажами, -- объясняет Стив Тиг, президент и глава по технологиям компании Tabula. -- Чтобы перемещаться между этажами, вы пользуетесь эскалатором». Но вместо того чтобы создавать восемь отдельных физических этажей с собственной структурой и ассортиментом товаров, Tabula продемонстрировала способ сделать единый слой (или этаж), который можно переконфигурировать в зависимости от решаемых задач.
«Это можно сравнить с ситуацией, при которой в то время, пока покупатель находится на эскалаторе, кто-то перестраивает этаж таким образом, чтобы создать нужный уровень с нужными продуктами, -- разъясняет Тиг. – Обстановка за пределами эскалатора выглядит так, будто покупатель находится на восьмом этаже, но на самом деле этаж один, просто он изменился в соответствии с его потребностями».
Перепрограммирование чипа в рабочее состояние занимает всего 80 пикосекунд, т.е. оно происходит в 1000 раз быстрее цикла вычислений обычного чипа. Таким образом, слои меняются практически на лету, пока чип находится в ожидании следующей цепочки команд.
Следовательно, чипы ABAX позволяют сделать больше с меньшими затратами. Выполненные с использованием традиционной технологии производства полупроводников, чипы Tabula ABAX обходятся изготовителю примерно в ту же сумму, что и обычные. При таком дизайне по-прежнему применяются лишь верхние слои чипа, но каждый из них выполняет функции восьми различных чипов. По словам Тига, технология позволяет увеличить плотность схем в 2 раза, а память и пропускную способность видео -- в 3,5 раза.
Сейчас Tabula сконцентрировала усилия на производстве чипов для специальных целей, являющихся настоящими рабочими лошадками нашего времени. Они применяются, например, в беспроводных маршрутизаторах или оборудовании для вышек сотовой связи.
В дальнейшие планы Tabula входит наладить производство чипов для популярных электронных устройств -- цифровых камер, игровых консолей и, быть может, даже полноценных компьютеров. Чипы с 8-слойным дизайном уже запущены в массовое производство, и сейчас Tabula работает над созданием 12-слойной версии с перспективой увеличения числа слоев до 20.
«Не существует ограничения на количество слоев, которые мы могли бы интегрировать», -- заявил Тиг.

Печатные схемы: бюджетные чипы
Стандартная технология производства полупроводников включает несколько сложных этапов. Они изготовляются в совершенно чистом помещении, где нет разрушительной для электроники пыли и загрязняющих веществ. Компания Xerox применяет более простой и дешевый способ производства электроники путем печати схем на пластиковой основе. Технологический процесс подразумевает использование оборудования, которое может стоить тысячи долларов, но это не миллиарды, необходимые для развертывания традиционного завода для производства процессоров.

«Обычные электронные элементы -- быстрые, маленькие и дорогие, -- объясняет Дженифер Эрнст, бывший директор по развитию бизнеса лаборатории Xerox PARC в Пало-Альто в Калифорнии. -- Печатая их непосредственно на пластик, PARC делает электронные элементы медленными, большими и дешевыми».
Технологический процесс печатания схем, разработанный PARC, требует немногим больших усилий, чем, например, распечатка обычной картинки. Все, что для этого нужно, -- специальные материалы вроде серебряных чернил, а сама схема наносится на гибкие полиэтиленовые пластины, а не на хрупкий кремний. В принципе, конечный продукт даже сложно назвать чипом.
Адаптируя различные технологии печати, включая впрыскивание чернил, штамповку и трафаретную печать, компания PARC производит усилители, батареи и переключатели существенно менее дорогие, чем изготовленные традиционным способом. А недавно ей удалось наладить производство 20-разрядной памяти и контроллеров, которые появятся в продаже уже в нынешнем году.
Другой интересный проект на основе печатных схем -- детектор взрывов. Его PARC разработала для Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ США (U.S. Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). Гибкие печатные схемы встраиваются в военные каски, где новые сенсоры измеряют давление, мощность звука, ускорение и освещенность в условиях боевых действий.
Проведя неделю на передовой, солдат возвращается и сдает каску в специальную лабораторию, где полученные данные тщательно анализируются, и врачи делают вывод о вероятности наличия травм головного мозга. Такие датчики хорошо выполняют свою работу, а стоят менее 1 долл., в то время как один традиционный сенсор обходится в 7 долл.
Конечно же, печатные схемы совершенно не способны конкурировать с кремнием, когда речь идет о быстродействии или возможности «упаковать» в малый объем миллиарды транзисторов. Но существует много областей применения, где стоимость гораздо важнее быстродействия. Так, в начале 2012 г. печатные схемы начнут применять в игрушках и электронных играх, требующих простейшей обработки данных, -- например, в синтезаторах речи, а также для управления подушками безопасности в автомобилях.
Уже к 2015 г. печатные схемы появятся и в других электронных продуктах -- гибких ридерах электронных книг, которые можно будет сворачивать в трубку наподобие бумажных журналов, или для производства одежды из специальных тканей с солнечными элементами, с помощью которой можно будет подзаряжать мобильный телефон или музыкальный плеер.
По прогнозам аналитической фирмы IDTechEx, объемы продаж гибких печатных схем возрастут с 1 млрд. долл. в 2010 г. до 45 млрд. долл. в 2016 г. Они найдут применение в самом широком спектре устройств.