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都知道电子元件在往小和透明发展,但这些前瞻技术你可曾听说?

2016-08-12 R. Colin Johnson 阅读:
电子元件到2076年将会变成透明,利用量子力学性能,并集成单个应用所需的所有元件,包括受到大脑启发的内部电源集成。此外,3D封装将会变得普遍,而电路板将会类似于纽约市的地形图。

这是一篇摘自EDN美国版60周年庆的专栏文章(原文:Soon components will shrink to invisibility)。文章预计,电子元件到2076年将会变成透明,利用量子力学性能,并集成单个应用所需的所有元件,包括受到大脑启发的内部电源集成。此外,3D封装将会变得普遍,而电路板将会类似于纽约市的地形图。NUKednc

透明元件NUKednc

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来源:LGNUKednc

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未来,所有元器件都将提供透明版本,从而实现令人惊叹的透明智能手机和其他设备。现在已经有了透明薄膜导体和电阻器,透明电容器、三极管和电感器正在原型设计当中。最终,完全透明的电子设备(如上图的智能手机)将会问世并流行起来。NUKednc

基于流体的夹层冷却技术NUKednc

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来源:IBMNUKednc

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IBM单通道测试芯片正被用于利用电化学活性流体研究依赖流量的能量转换。IBM苏黎世的科学家受到人脑的启发,正在探索一种新的方式,用含电化学活性氧化还原物质的液体来为计算机芯片进行供电和冷却。IBM的科学家开发了基于流体的夹层冷却技术,该技术可分别用0.1升每分钟每层和几升每分钟的流量消除掉180W/cm2和3kW/cm3的热量。流动速度为1m/s,流体元素在堆栈中花的时间为10ms。最近有研究工作表明,夹层冷却技术还可以以电化学的方式为未来的芯片堆叠供电。在芯片堆叠中,基于流体的电源的工作原理类似于电池:使用中央电极为流体(电解质)充电,并在芯片堆叠中直接对电极放电。IBM的科学家认为这种技术可能在2030年最先公布。NUKednc

电子鼻NUKednc

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美国半导体研究联盟最近宣布,他们正在利用半导体技术开发一种价格便宜的电子鼻,这种产品可用于呼吸分析,进而用于广泛的健康诊断。虽然现在设备可采用化合物半导体进行呼吸分析,但它们笨重,成本太贵,不适合商业应用。NUKednc

集中在达拉斯市得克萨斯大学(UT Dallas)、由德州模拟卓越研究中心(TxACE)SRC资助的研究工作的研究人员及俄亥俄州立大学和莱特州立大学的合作人员,正在利用可让电子鼻还远未到2076年就能变得便宜的CMOS集成电路技术对其进行调整。NUKednc

量子计算机NUKednc

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来源:IBMNUKednc

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IBM和许多其他电脑厂商都在试图破解通用量子计算机的难题。图中,IBM展示了其x-y“瓦片(tile)”的概念,它允许量子计算机在两个维度上进行缩放。在照片中,正方形格子中的每个瓦片上有4个超导量子位用来检测两种类型的量子误差(比特误差和相位误差)——要想随时间呈指数倍地扩大量子计算机的功率就需要对其进行检测。NUKednc

分层3D封装NUKednc

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来源:SmoltekNUKednc

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上图Smoltek公司的复杂应用利用包括凸点、微凸点、穿透硅通孔(TSV)、硅中介层及长在裸片层与层之间的标准通孔在内的3D互连技术,将物联网(IoT)设备的所有功能集成到了单一封装中。整个系统级芯片(SoC)将容纳在单个封装中。NUKednc

类脑忆阻器NUKednc

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来源:莫斯科物理技术学院(MIPT)NUKednc

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未来的类脑混合信号神经形态计算机将构建在俄罗斯创造的这种被称为忆阻器的器件的微型化(纳米或甚至埃级)的版本上(忆阻器之所以叫这个名字,是因为它能通过改变其阻值记住有多少电流流过它,就像连接大脑神经元的概念一样)。加州大学伯克利分校Leon Chua发明的这种忆阻器是通过聚苯胺制造的,并已被证明能够实现Marvin Minsky感知器(上图顶部)。忆阻器的原型还是相当大的,但研究人员表示,它可以缩小到10纳米(上图底部)。NUKednc

氧化铟锡(ITO)替代品NUKednc

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来源:市场研究公司IDTechEx发布的“Transparent Conductive Films 2016-2026: Forecasts, Markets, Technologies”NUKednc

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这两个饼图表明氧化铟锡(ITO)尽管其价格不断升级,却仍将在现有的应用中保持主导地位,但碳纳米管浆料等替代品将随着新兴应用的市场增长而逐渐拉近。现有和传统应用的当前市场(左)是由ITO主导,但到2026年,替代材料(主要用于新的应用领域)将会减弱ITO的主导地位(右)。NUKednc

3D混合存储立方体NUKednc

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来源:美光NUKednc

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美光的3D混合存储立方体这时还只是一个“胖”芯片封装,但最终将变成一个立方体。事实上,PCB板上将会放进不同高度的3D芯片,这看上去就像是纽约市的地形图。美光目前的“立方体”使用数千个TSV,将DRAM芯片堆放到彼此的顶部。这不仅能够节省电路板空间,而且还能凭借堆栈底部的输入/输出(I/O)逻辑芯片实现超高速接口。立方体还能从低延迟速度和到相邻处理器的高速数据传送的优势中受益。事实上,英特尔正在用美光的混合内存立方体研发其72内核的Xeon Phi处理器,声称每个Xeon Phi封装内包含有16GB超低延迟存储器。NUKednc

固态硬盘(SSD)中的多位闪存NUKednc

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英特尔做出了回到内存业务的明智选择,现在不仅在生产固态硬盘(SSD,如图),而且在生产内部的高密度闪存芯片。英特尔的闪存芯片通过在每个单元中使用多个电压电平(每个电平代表一个不同的位),进一步增加了密度。多位闪存在固态硬盘领域前景看好(英特尔将其称为多级单元),它采用了25nm NAND闪存以及英特尔目前的高耐用性技术(HET)。到2076年,3D存储立方体将包含微小的固态硬盘,这些固态硬盘将会无处不在,而不仅是在数据中心、金融服务、互联网门户网站和搜索引擎等高可靠性和高密度的应用中使用。NUKednc

赛道内存NUKednc

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来源:加州大学戴维斯分校NUKednc

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赛道内存是IBM发明的技术,但是现在加州大学戴维斯分校的研究人员正在对其完善。到2076年,这些超高密度的线性存储器件将最终替换掉至今仍在使用的珍贵的磁带档案。加州大学戴维斯分校正在使用一种有前景的新材料,来使赛道内存走出实验室,并作为标准元件走向生产中。加州大学戴维斯分校的研究人员与美国半导体研究联盟(北卡罗来纳州三角研究园)合作,正在利用微小的纳米线(就像长长的磁带),缩小赛道内存的尺寸。但是,与磁带不同,代表比特的磁畴是沿固定的导线移动。研究人员声称相比其它任何存储技术,该技术能够实现速度更快、更可靠、拥有超高容量和功耗更低的内存。NUKednc

(编译:Franklin)NUKednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
R. Colin Johnson
EETimes前瞻技术编辑。R. Colin Johnson自1986年以来一直担任EE Times的技术编辑,负责下一代电子技术。 他是《Cognizers – Neural Networks and Machines that Think》一书的作者,是SlashDot.Org的综合编辑,并且是他还因对先进技术和国际问题的报道,获得了“Kyoto Prize Journalism Fellow”的荣誉。
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