Последние новинки в электронике и электротехнике. Обзор нанотехнологий

Направление подготовки 654100 "Электроника и микроэлектроника"
Специальность 200500 "Электронное машиностроение"

Основные направления научных исследований:

• физические процессы в высоком вакууме, термовакуумные процессы;
• физические процессы взаимодействия потоков заряженных частиц с твердым телом; нанесение тонкопленочных покрытий;
• новые микротехнологии обработки в машиностроении, приборостроении, в производстве художественных изделий;
• прогрессивные конструкции машин, механизмов и устройств, работающих в условиях вакуума;
• прецизионные приводы с манометрической точностью позиционирования.

Базовые учебные курсы:

• физические основы электронной техники;
• вакуумная техника;
• электронные и ионные технологии;
• проектирование машин-автоматов и систем машин;
• системы автоматического управления;
• информационное обеспечение исследований и разработок в электронике.

Кафедра основана в 1974 году деканом факультета МТ Ю. А. Хруничевым.
Преподавательский состав: 3 профессора, доктора технических наук, 9 доцентов, кандидатов технических наук.

Кафедрой подготовлено более 1500 специалистов, в том числе 10 докторов технических наук, более 40 кандидатов технических наук. Среди выпускников 16 лауреатов Государственных премий.
Зав. кафедрой - доктор технических наук, профессор Леонид Иванович Волчкевич
Телефон кафедры: 267-02-13 Факультет Машиностроительные технологии

Ни одно научно-техническое направление не развивается сейчас столь быстро и плодотворно, как электроника. Прогресс этот стремителен и зачастую непредсказуем. Кто, например, еще сравнительно недавно ожидал, что "за спиной" традиционной вакуумной электроники (осветительные и приемно-усилительные лампы, кинескопы, приборы ночного видения) быстро созреет и выйдет на первый план твердотельная электроника (полупроводниковые диоды и транзисторы, разнообразные интегральные схемы)! Кто мог вообразить, что электронные приборы с тысячами составных элементов будут компоноваться не в объеме, а послойно на плоскости, с общей толщиной в тысячные доли миллиметра! Что радиоприемники из масштабов "ящика" сожмутся до коробочки, которую можно бесхлопотно носить на шейной цепочке! Революция электронных приборов позволила совершить впечатляющую революцию электронных систем, появление современных телевизоров, персональных компьютеров, микропроцессорного управления.

Об этом знает сегодня каждый школьник. Но немногим известно, что этим преобразованиям электронные приборы и системы обязаны появлению третьего направления в электронике - технологической электроники.

Электронные технологии - это совокупность методов и средств воздействия на конструкционные материалы, основанных на использовании энергии потоков электронов, ионов, фотонов, поляризованных молекул и т.п.; электронно-технологическое оборудование - конструктивная материализация этих методов и средств; электронное машиностроение -научно-техническое направление, объединяющее технологию, конструирование и эффективное применение.

Процессы микрообработки, когда высокоэнергетические потоки действуют в микронных зонах и часто в кратчайшие отрезки времени, не могут управляться иначе, чем самой электроникой, по программам, доступным лишь современной информатике. Поэтому электронные технологии органически связаны с информационными, а электронно-технологическое оборудование - с микропроцессорными системами управления, современными арсеналами компьютеризации. Мир современной электроники огромен и разнообразен.

Сегодня мы - свидетели и участники еще одной революции в нашем деле. Электронные технологии и системы автоматического управления стремительно вырываются из сферы электронной промышленности, находя все новые применения, раскрывая невиданные возможности, революционизируя такие отрасли, как машиностроение, приборостроение, строительство. Например, широко применяется вакуумное нанесение тон?копленочных покрытий. Затемнение стекол зданий, автомобилей, очков; светофильтры оптических приборов - все это электронные технологии. Высокохудожественные изображения на стекле или металле, с поразительной проработкой подробностей - тоже электронные технологии..

Кафедра оснащена всем необходимым для учебно-лабораторного процесса и научных исследований. Совместно с фирмой "Электронсервис" создан научно-технический центр "Электронные технологии", оборудованный новейшей техникой.

На кафедре сложилась система творческой самостоятельной работы, призванная развить и раскрыть еще на студенческой скамье склонности и способности каждой личности к конкретным видам инженерной, научной или коммерческой деятельности. Уже в конце третьего курса каждый студент выбирает себе научного руководителя, который определяет студенту конкретное актуальное научно-техническое направление. По этому направлению в рамках учебного процесса (инженерный практикум, курсовые проекты, расчетно-графические работы) студент выполняет комплекс исследований и разработок и, в конце концов, защищает дипломный проект. Именно в процессе творческих поисков совместно с руководителем раскрываются индивидуальные качества, способности к теоретической или экспериментальной работе, проектным или пусконаладочным работам, программированию, научно-организационной работе.

ЕСЛИ ВЫЙДЯ ИЗ ДОМА ВЫ ЧАСТО ЗАДАЁТЕСЬ ВОПРОСОМ:
"Выключила ли я утюг, плойку, плиту?"
"Выключил ли я телевизор, свет?"
ЕСЛИ НУЖНО УЗНАТЬ:
- наличие излишнего потребления ресурсов;
- факт хищения электроэнергии;
- контроль качества электроэнергии (напряжения и тока), не было ли скачков или просадок напряжения и пр.

ТО ЭТОТ СЧЕТЧИК СОЗДАН ИМЕННО ДЛЯ ВАС!!

Что вы получите с умным счётчиком?
. Онлайн мониторинг и умные уведомления.
. Экономия без усилий. Проанализируйте свое потребление и перейдите на оптимальный тариф оплаты электроэнергии.
. Контроль над удалённым объектом. Будьте в курсе происходящего на даче, коттедже или квартире сдаваемой в аренду.
. Полная автоматизация процесса учета.
. Возможность автоматической отправки показаний в энергосбыт.
. Точность измерений параметров сети соответствует требованиям ГОСТ 30804.4.30-2013
. Монтаж полностью аналогичен установке обычного счетчика.
. Нет необходимости в установке дополнительного оборудования.

В июне 2017 года компания Electric представляет новую серию розеток и выключателей серии Blanca и данная розетка как раз входит в данную серию. Несколько слов о данной серии, чтобы закончить данную тему, кому интересно.

Компания открывает следующую главу в истории развития электротехники: в Китае проходят испытания трансформаторов и основного оборудования для первого в мире проекта на напряжение 1 100 киловольт (кВ). Компания установила новый инновационный рекорд, успешно пройдя испытания низковольтных и высоковольтных блоков самого мощного в мире трансформатора постоянного тока на сверхвысокое напряжение (UHVDC). Трансформатор типа UHVDC на +/- 1 100 кВ (1,1 млн. Вольт), разработанный и изготовленный в тесном сотрудничестве с Государственной Сетевой Корпорацией Китая (SGCC), успешно прошел серию типовых испытаний, проложив путь для реализации линии электропередач постоянного тока на сверхвысокие напряжения Чанцзи-Гугуан, которая будет передавать электроэнергию из региона Синьцзян на северо-западе в провинцию Аньхой в восточном Китае. Чанцзи-Гугуан - первая в мире линия электропередач постоянного тока на сверхвысокие напряжения (UHVDC) +/- 1 100 кВ - установит новый мировой рекорд по уровню напряжения, пропускной способности и расстояния.

Приглашаем принять участие в наших регулярных открытых вебинарах!
Следующий цикл вебинаров будет посвящён теме "Модульное оборудование".
С помощью вебинаров по модульному оборудованию Вы познакомитесь с аппаратами, которые защищают электрические сети и потребителей от токов перегрузки и короткого замыкания, поражения электрическим током и импульсных перенапряжений в сети, позволяют дистанционно управлять электрическими сетями и нагрузками. Из вебинаров по этой группе продукции Вы узнаете о принципах действия, ассортименте и применении модульного оборудования IEK®.

D-Life - линейка переключателей для управления бытовым освещением.

Устройство позволяет подключиться при помощи Bluetooth и настроить работу через приложение Wiser Room, доступное в AppStore и Google Play.

Выключатели характеризуются качеством, сочетаются с премиальной серией по дизайну. Позволяют управление через мобильное приложение. Подключение через Bluetooth позволяет настроить таймер, включить или выключить прибор освещения, снизить интенсивность его работы.

Цифровой промышленный вольтамперметр ВАР-М01 предназначен для технологического контроля величины напряжения и тока в электрических цепях переменного тока, как в промыш-ленных зонах, так и сферах ЖКХ, бытовом секторе, прочих объектах народного хозяйства. Может применяться в составе систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами в качестве основного или дополнительного индикатора на передвижных и стационар-ных объектах. Является средством контроля. Периодической поверке не подлежит.

Цифровые вольтметры ВР-М01 и ВР-М02 предназначены для контроля величины напряжения в электрических цепях переменного тока, как в промышленных зонах, так и сферах ЖКХ, бытовом секторе, прочих объектах народного хозяйства. Может применяться в составе систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами в качестве основного или дополнительного индикатора на передвижных и стационарных объектах.

Инженеры из университета Киото разработали и собрали первое устройство, которое способно хранить и запасать электромагнитное излучение с сохранением его фазовых свойств. Описание «ловушки» выложено в виде препринта в архиве Корнельского университета, а краткое его строение описывает блог Technology Review.

Американские физики создали новый вид углеродных нанотрубок, пригодных для использования в качестве материала для плетения сверхпрочных и электропроводных "ниток", и опубликовали инструкцию по их созданию в журнале Science .

"Наконец-то нам удалось создать волокно из нанотрубок со свойствами, которыми не обладает ни один другой материал. Оно похоже на обычную черную хлопчатобумажную нитку, но сочетает в себе свойства металлических проводов и прочных углеродных трубок", — заявил руководитель группы физиков Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из университета Райса в Хьюстоне (США).

Acti9 - это 5-е поколение модульных систем от Electric. Предыдущим, 4-м поколением была серия Multi9, ставшая самым известным в мире продуктом в своем классе. Multi9 появился много лет назад с выходом серии С32 (затем С45). О многолетней популярности этой гаммы говорит даже то, что большинство аппаратов китайского производства на российском рынке является копиями именно аппаратов С32 и С45 (3-е поколение модульных систем от Electric).

Автоматические выключатели нового поколения Compact NSX, выполненные в литом корпусе, в литом корпусе, применяются на токи от 100 до 630А на объектах абсолютно любого масштаба и назначения - от офисных зданий и до крупнейших предприятий. Используются автоматические выключатели Compact NSX от Electric с целью защитить распределительные сети, кабели, имеющие протяженность на большую длину, электродвигатели и генераторы.

Протекание тока в проводниках всегда связано с потерями энергии, т.е. с переходом энергии из электрического вида в тепловой вид. Этот переход необратим, обратный переход связан только с совершением работы, как об этом говорит термодинамика. Существует, правда возможность перевода тепловой энергии в электрическую и с использованием т.н. термоэлектрического эффекта, когда используют два контакта двух проводников, причем один нагревают, а другой охлаждают.

В 1996 г. инженер Рой Кюэннен бился над решением одной проблемы: как сделать так, чтобы бытовой фильтр для очистки воды производства компании Amway Corp. не ломался? Фильтр убивал бактерии с помощью ультрафиолетовой лампы, но для этого ее нужно было погружать в воду. Провода, питавшие лампу электричеством, ржавели. Тогда у инженера Кюэннена возникла сумасшедшая идея: убрать провода и питать лампу дистанционно - с помощью магнитной катушки.

Пока Кюэннен мучился с водяным фильтром, беспроводная революция уже шла полным ходом - начавшись в 90-х, она подарила нам сотовый телефон, Bluetooth и Wi-Fi, но только в последние годы стала охватывать область электропитания. Несколько компаний сейчас ищут способы подавать электроэнергию в мобильные телефоны, КПК, лэптопы и другие гаджеты напрямую, без необходимости включать их в сеть.

В конце XIX века открытие того, что при помощи электричества можно заставить светиться лампочку, вызвало взрыв исследований, целью которых было найти наилучший способ передачи электроэнергии.

Во главе гонки оказался знаменитый физик и изобретатель Никола Тесла, который разработал грандиозный проект. Не в состоянии поверить в реальность создания колоссальной сети проводов, охватывающих все города, улицы, здания и комнаты, Тесла пришёл к выводу, что единственный реализуемый способ передачи - беспроводной. Он спроектировал башню высотой примерно 57 метров, которая должна была транслировать энергию на расстояние в многие километры, и даже начал строить её на Лонг-Айленде. Был проведён ряд экспериментов, но нехватка денег не позволила достроить башню. Идея с передачей энергии по воздуху рассеялась, как только оказалось, что промышленность в состоянии разработать и реализовать проводную инфраструктуру.

Всем известно, что от последствий штормов, ураганов, бурь и других стихийных бедствий не застрахован никто. Поэтому стоит трезво осознать, что очередной ливень с одинаковой вероятностью может оставить без света, как небольшой офис, так и огромную корпорацию. Что же делать в случае обрыва кабеля или какого-то сбоя? Вызывать электриков? Или же арендовать робота, который самостоятельно выполнит всю работу намного быстрее, и возможно, качественнее. Скажете, фантастика? Конечно, кто будет разрабатывать роботов-электриков, если есть более интересные сферы применения этих кремниевых существ. И ходить далеко не надо – роботы-певцы и бармены, нянечки и учителя, доктора, игрушки. А вот тут-то и не соглашусь.

Ученые создали робота, который в автономном режиме, самостоятельно сможет провести проверку или диагностику многих километров силового кабеля, выявить неполадки и возможно, даже определить «предварительные» неисправности, которые, в будущем смогут вызвать проблемы в сети.

Профессор, инженер-электроник Александр Мамишев (Alexander Mamishev) рассказал прессе, что подобная разработка – первая в индустрии...

Специфика развития современной цивилизации, особенно в последние десять лет, кардинально меняет нашу жизнь. Наибольшего внимания заслуживают две тенденции.

Первая – стремительное развитие всего, что связано с компьютерными технологиями. Это не только компьютер в каждом доме и на рабочем месте, не только интернет и «игрушки». Если вглядеться более пристально, то все мы уже давно заложники компьютерных технологий. Почти любое устройство сейчас имеет в своем составе управляющий чип, что в принципе, есть тот же маленький компьютер. Это и телевизор, и стиральная машина, и мобильный телефон, и фотоаппарат, и брелок к автомобилю, и сам автомобиль...

Сейчас в моем рабочем кабинете на работе около 60-ти! управляющих процессора... Это уже очень серьезно! Если раньше микропроцессор стоил десятки и сотни долларов, то теперь можно купить управляющий чип менее чем за доллар!

Вторая тенденция – рост стоимости энергоносителей, и всего, что связано с добывающей промышленностью...

Экономическая эффективность применения термоэлектрических холодильников по сравнению с другими типами холодильных машин возрастает тем больше, чем меньше величина охлаждаемого объема. Поэтому наиболее рационально в настоящее время использование термоэлектрического охлаждения для холодильников бытового назначения, в охладителях пищевых жидкостей, кондиционерах воздуха, кроме того, термоэлектрическое охлаждение успешно используется в химии, биологии и медицине, метрологии, а также в торговом холоде (поддержание температуры в холодильных камерах), холодильном транспорте (рефрижераторы), и др. областях

В технике широко известен эффект возникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой - охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье...

Одним из основных направлений развития науки намечены теоретические и экспериментальные исследования в области сверхпроводящих материалов, а одним из основных направлений развития техники - разработка сверхпроводниковых турбогенераторов.

Сверхпроводящее электрооборудование позволит резко увеличить электрические и магнитные нагрузки в элементах устройств и благодаря этому резко сократить их размеры. В сверхпроводящем проводе допустима плотность тока, в 10...50 раз превышающая плотность тока в обычном электрооборудовании. Магнитные поля можно будет довести до значений порядка 10 Тл, по сравнению с 0,8...1 Тл в обычных машинах.

Магнитоплан или Маглев (от англ. magnetic levitation) — это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Скорость, достижимая маглев, сравнима со скоростью самолета и позволяет составить конкуренцию воздушным сообщениям на малых (для авиации) расстояниях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для публичного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время, Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, хотя есть проекты с расположением элементов магнитной дороги между рельсов обычной железной дороги или под полотном автотрассы.

Hitachi разработала новую технологию получения электричества, используя естественно возникающие в воздухе вибрации с амплитудой в несколько микрометров.

Фирма HITACHI разработала новую технологию получения электрического тока, за счет использования естественных процессов возникающих в воздухе вибраций, которые проходят с амрлитудой в пару микрометров. Несмотря на то, что эта технология обеспечивает очень низкое электрическое напряжение, интерес к нему проявляется очень большой из-за того, что подобные генераторы могут работать в любых погодных и природных условиях, чем не могут похвастаться, например солнечные батареи...

Немецкие теоретики из университета Аугсбурга предложили оригинальную модель электродвигателя, работающего на законах квантовой механики. К двум атомам, помещенным в кольцеобразную оптическую решетку при очень низкой температуре, прикладывается специально подобранное внешнее переменное магнитное поле. Один из атомов, который ученые назвали «носителем», начинает свое движение по оптической решетке и через некоторое время выходит на постоянную скорость, второй атом играет роль «стартера» - благодаря взаимодействию с ним «носитель» начинает свое движение. Вся конструкция получила название квантового атомного двигателя.

Технологический прогресс в сфере светодиодной промышленности. В чем секрет более длительной работы новых светодиодных светильников для освещения помещений?

Стремительно растет рынок светодиодной техники и ассортимент наполняется различными новинками. Вообще для светодиодной светотехники эта рыночная ниша - непаханое поле. Ведь сами элементы, светодиоды, практически долговечные, в основном из-за низкой теплоотдачи и малого потребления, они в среднем работают 50 000 часов, а именно 5 лет. Это дает возможность собирать готовую технику, где необязательно предусматривать габариты лампочек или возможности замены световых элементов, так что можно светодиоды превращать в лампочки, прожекторы, светильники, в свободной художественной форме и формате, можно комбинировать цветами, усиливать точечность с помощью оптических линз...

Перечитывая сегодняшний выпуск, поймал себя на мысли, что в нем отсутствует позитив – много говорится о дурном: о Минкомсвязи и текущем министре, о глупости в государственных решениях, а также проектах, которые стали отражением амбиций Samsung. Одним словом, ничего такого, что бы радовало. Но возможно, осенний сплин тому причиной, не знаю. Постараюсь в следующий раз найти жизнерадостные темы, а пока давайте поговорим о грустном, тем более что решения, которые принимают чиновники, стоят нам вполне конкретных денег. Наших с вами денег, которые мы платим в казну.

Технологии ради технологий, или как производители обманывают себя

У крупных компаний случаются моменты, в которые они начинают производить нечто, что практически не применимо в реальной жизни, лишено всякого смысла или коммерческого расчета. Но пресс-релизы, обилие рекламы и внимание к таким продуктам заставляют усомниться в первоначальном выводе – неужели в компании знают что-то, чего не видим мы? Как правило, выпуском бесполезных продуктов, построенных на новейших технологических достижениях, страдают только успешные компании. У них огромные исследовательские лаборатории, и в них обкатываются новейшие технологии, которые потенциально способны совершить переворот на рынке. И тут вступает в силу обычная игра в отчеты, достижения и тому подобные вещи – важно не только создать технологию, но и показать ее. А что может быть лучше, чем коммерческий продукт для рынка? Вот и появляются странные устройства, которые вызывают недоумение.

Чтобы далеко не ходить, хочу обсудить направление, в котором пошла компания Samsung, так как рекордные прибыли и положение на рынке дают этому производителю возможность самовыражения любой ценой. Это порой выглядит смешно, но в итоге на рынке появляются продукты, которые при другом раскладе сил никогда бы не вышли за стены исследовательских лабораторий. Начну с громкого анонса Samsung Round.

Из фотографий понятно, что Round имеет изогнутый экран, это его основное отличие от Galaxy Note 3, копией которого эта модель и является (вариант на Snapdragon 800). Экран имеет типичные характеристики – 5.7 дюйма, SuperAMOLED HD c FullHD-разрешением. Меня поразило, что после анонса стали обсуждать то, что такой телефон удобно носить в кармане, он якобы повторяет окружности тела – вы уже догадались, о каких карманах идет речь. История про линии, повторяющие тело человека и являющиеся естественными, была запущена в Sony Ericsson, когда они стали выпускать аппараты с изгибом, позднее появился Nexus от Samsung, в нем также корпус имел незначительный изгиб.

В Samsung долго пытались придумать хоть что-то, что может объяснить наличие изогнутого экрана, и вот, что придумали: эта функция называется Roll Effect.

Не так уж много для инновационного телефона, да и вообразить множество людей, желающих купить телефон с изогнутым экраном, мне сложно. Более того, логика развития рынка электроники была такова, что долгое время создание плоских экранов было невозможным, они всегда имели искривление – вспомните телевизоры и то, каким победным шествием прошли по рынку первые аппараты с плоскими экранами, еще до появления ЖК-панелей. Ничего этого в Samsung не помнят или не хотят помнить, так как решали вполне обыденную и технологическую задачу. Можно было бы посмеяться над этим продуктом и сказать, что выпустили никому не нужную ерунду (что недалеко от истины на фоне Note 3), но проблема стоит намного шире и выглядит интереснее. Технология, которую применили в дисплее для Round, может найти применение в продуктах новых поколений, и это, скорее всего, будут вовсе не телефоны. Но сделать вывод об этом из данного анонса не представляется возможным – он выглядит комично и вполне заслуженно становится объектом шуток.

В исследовательской лаборатории Samsung создавали экран на пластиковой подложке, в то время как многие современные экраны работают на стеклянной. Использование пластиковой подложки позволяет создавать дисплеи, устойчивые к внешним воздействиям, например, в теории по ним можно стучать молотком и им ничего не будет. Уверен, что появление таких экранов поставит крест на защитных покрытиях, таких как Corning Gorilla Glass, так как они станут неожиданно слабым звеном и будут ломаться – устойчивость «пластиковых» экранов к царапинам, ударам, падениям возрастет многократно. Возможно, что чье-то понимание этого даже запустило слух, что на рынке появится версия Note 3 Active с уровнем защиты IP68 и такого рода экраном. Пока ничего о таком аппарате не известно, и стоит трактовать это как слух, и только.

Использование пластика также позволяет изгибать экран, что мы и видим на примере Round. Для Samsung это был дешевый способ показать работоспособность технологии, ее коммерческую применимость и возможность масштабного производства. Но совсем другое дело, что сам продукт получился даже не нишевым, а не нужным ровным счетом никому. У него нет сценариев для применения – никаких. Это лишь демонстрация возможностей технологий.

Но нужны ли изогнутые экраны в нашей жизни? Однозначный ответ - да, так как многие предметы вокруг нас не являются плоскими, и вписать в них сегодня дисплей - вовсе не такая легкая задача. Требуется плоская поверхность, то есть экран может занимать только часть площади. Самый хороший пример - это шарик для гаданий, в нем обычно экран размещают вверху, с новыми дисплеями можно сделать почти всю поверхность шара одним большим экраном.

На моем столе стоит цилиндр погодной станции Netatmo, на нем тоже может расположиться большой полукруглый экран. Одним словом, придумать реальных сценариев, где понадобятся такие дисплеи, можно множество.

Но из анонса Round это совершенно непонятно, более того, не очень ясно, для кого этот продукт за 1 000 долларов. Напомню, что он уже продается на родном для Samsung рынке, в Южной Корее. Вряд ли он выйдет в другие страны, да если и появится, то особого шума не наделает.

Давайте рассмотрим другую историю, когда продукт выпускается по политическим мотивам, а не для демонстрации технологий. У Samsung таким продуктом можно смело считать Gear, часы, которые являются компаньоном для Note 3 и стоят 15 000 рублей. Их продажа началась в России на днях.

По выставкам часы-телефон, часы-гарнитура с сенсорным экраном ездили более пяти лет, в Samsung любят устраивать показ прототипов устройств для партнеров и смотреть на их реакцию. Все это происходит за закрытыми дверями, и почти ничего из показываемого не превращается в коммерческие продукты. Это демонстрация технологий будущего, они должны производить впечатление на посетителей, и только. Множество различных часов показывалось за эти годы, но никогда в Samsung не пытались вывести их на рынок, так как первые опыты в середине 2000-х показали, что людям такие продукты не нужны. Активность Apple в этой области, однако, подстегнула Samsung все-таки создать свой вариант часов, причем это было сделано в рекордно короткие сроки – 3-4 месяца. Фактически, был взят один из последних прототипов, и из него изваяли коммерческий продукт. Получилось довольно странно и непонятно с точки зрения PR, теперь в Samsung могут смело говорить, что они были первыми, а вот с точки зрения обычных потребителей все это вызывает откровенное недоумение.

Пользуясь часами, я собрал очень разные отзывы от своих друзей и знакомых, но один разговор мне врезался в память, попытаюсь его передать максимально точно. Вот, как это выглядело:

О, это умные часы от Samsung, давай их подключим к моему iPhone, посмотрим, что они умеют делать!
- Они не работают с iPhone, прости.
- Ну и ладно, у меня есть Note 2, давай с ним спарим.
- Они пока не работают с этим телефоном, только с Note 3.
- ??? Мне кажется, что это не очень большой рынок, если они работают только с одним телефоном. Неужели в Samsung правда считают, что это правильно? Успешные компании обычно пытаются заработать деньги, а тут странная история какая-то.

Основная проблема Samsung Gear вовсе не в технической реализации или не только в ней, проблема кроется в том для чего создавали эти часы. Их не пытались сделать удобными, не исследовали то, как люди будут пользоваться ими. Их пытались сделать первыми, и эта задача была решена с блеском. Но решая эту задачу, было невозможно сделать так, чтобы часы стали еще и удобными – нельзя быстро и качественно создать продукт в той категории, где вы не умеете этого делать. Это маловероятно.

В подробном обзоре я расскажу о своих нареканиях относительно часов, но если говорить коротко, они мне совсем не нравятся. Это сырой продукт, с множеством видимых и скрытых проблем (локализация сделана частично, управление запутанное и сложное, есть зависания телефона!). Но с точки зрения идеи мне претят часы, которые пишут вам о том, что их заряд закончился и нужно подзарядить их. Заявленные 25 часов работы часы выдерживают, но очень часто ты их забываешь поставить вечером на зарядку, что утром оборачивается разряженным устройством.

Еще один забавный момент, связанный с часами: в магазинах Samsung можно их покрутить, но они показаны с зарядным устройством – видимо, чтобы не разряжались. Выглядит это вот так.

Люди при мне обсуждали, что часы получились огромными и некрасивыми. То есть, обычные покупатели считали, что часы выглядят именно так! Забавно, как всего лишь неправильная выкладка влияет на восприятие продукта.

Пожалуй, главная мысль, которую я хотел затронуть в описании технологий ради технологий, заключается в том, что всегда очень важна мотивация производителя – зачем он создавал продукт, о ком он думал или о чем. Именно идеи правят миром, и даже имея наилучшие комплектующие, из них можно создать нечто неудобоваримое, равно как и не имея лучших компонентов, можно сотворить что-то сногшибательное. Вся сила в идеях и их реализации.

Внеклассное чтение :

• Galaxy NX – беззеркальная камера на Android – пример еще одного продукта ради технологий

Тихая революция от T-Mobile – безлимитный роуминг в ста странах

В России уже несколько лет Министерство связи борется за отмену внутрисетевого роуминга, когда человек, уезжая из своего города, вдруг начинает в сети своего же оператора платить в несколько раз больше. Подобного не наблюдается почти нигде в мире, и никаких реальных предпосылок для существования этого явления в России нет, за исключением самого Министерства связи, которое в прошлом создало условия для этого явления и не может теперь отменить их. Борьба Министерства связи напоминает стрельбу по собственным ногам, когда результат не важен, а важны только политические лозунги. Почему-то наши чиновники часто берут в качестве лучших зарубежных практик вовсе не то, что на деле является лучшим примером. В силу отсутствия кругозора или эрудиции, поэтому и наши деньги они тратят не считая и выбрасывая на ветер. В меру своих скромных сил расскажу об опыте T-Mobile в США, который однозначно можно считать успешным и интересным для потребителей, вот только в России реализация чего-то подобного видится утопией – наши чиновники не смогут создать среду для таких инноваций.

В T-Mobile для пользователей в США запустили покрытие 4G LTE и одновременно с этим объявили, что предлагают неограниченный дата-роуминг в ста странах мира (включая Россию), при этом не требуется никакой дополнительной оплаты, все входит в стоимость вашего тарифного плана. Вторым моментом становится то, что стоимость голосовых звонков в этих странах не будет превышать 20 центов за минуту, это максимальная цена. За 10 долларов в месяц оператор предлагает также безлимитные SMS. Все это удовольствие начинает работать с 31 октября и только в США.

А вот так выглядят дата-планы в T-Mobile, для российского потребителя, избалованного дешевым мобильным интернетом, они будут казаться грабительскими.

Но учитывая, что за 70 долларов в месяц (без учета налогов) вы можете получить безлимитный интернет в ста странах мира, это становится очень интересным предложением. Безусловно, надо на практике увидеть, как будет работать в роуминге безлимитная опция, но то, что заявлено, можно скромно назвать революцией. Именно так и никак иначе. Мне безумно жаль, что эта революция совершается не российскими операторами. Еще горше, что у нас ничего подобного не предвидится по многим причинам. Регулятор - пожалуй, основная из этих причин. Об этом речь пойдет в следующей части «Бирюлек».

4G в каждое село России – Министерство связи и очередной политический проект

С приходом на пост министра связи Николая Никифорова связывали большие надежды – молодой, за плечами есть реализованные проекты. Считали, что при нем отрасль сможет развиваться быстрее и качественнее. К сожалению, все эти надежды так и остались надеждами, так как в настоящее время Министерство связи является одним из самых реакционных и политически ангажированных. Чего стоит только концепция развития отрасли на 2014-2020 год, в которой предусматривается, пока только на бумаге, выделение в разряд стратегических большей части IT-проектов. Это будет означать, что западные компании не смогут напрямую присутствовать в таких проектах и им придется находить российских партнеров. Де-факто, это создание коррупционных схем, при которых российские компании становятся просто посредниками, получают свой процент за представление зарубежного партнера – но ничто иное не меняется. В российской новейшей истории подобные истории - не редкость, а такие «схемы» апробированы в разных областях. Всегда выходит одно и то же, конечная цена продукта увеличивается на порядок, а вот его качество или характеристики не меняются никак. За этот проект, видимо, отвечает заместитель министра связи, Марк Шмулевич. Лично не знаком с ним, но на вопрос, заданный в его персональном твиттере, получил звонок пиарщика Министерства с вопросом, что я хочу узнать. Удивительно, но в твиттере я спросил все, что хотел узнать. У меня вызывает умиление чиновник, читающий собственный твиттер и тратящий государственные деньги так «эффективно», не умея потратить минуту на ответ и создавая вокруг этого целую историю. Это отличное отображение того, как работает Министерство и «эффективная команда», которая попала туда сегодня.

К сожалению, еженедельно наблюдая за проектами Министерства в публичном пространстве, я не нахожу ответа на один вопрос – почему нам преподносят безумные проекты, на которые тратят время, но главное, наши деньги. В отсутствие персональной ответственности за потраченные бюджеты чиновники ощущают себя прекрасно и выдают проекты один лучше другого. Мое искреннее возмущение вызвала очередная инновация Министерства, которое предложило обязать операторов провести сети четвертого поколения в населенные пункты с числом жителей от 500.

Против этой инициативы на заседании госкомиссии по частотам (ГКРЧ) выступили не только операторы, которым ее надо выполнять, но также Министерство обороны, Роскомнадзор, ФАС, Минэкономики. Причина довольно простая – предложение Минкомсвязи носит исключительно политический подтекст и рассчитано на популизм в глазах у населения, за права которого Министерство якобы борется. Давайте попробуем разобраться, почему это населению в случае реализации принесет повышение цен на связь и не решит основной проблемы.

В данный момент лицензии на LTE подразумевают, что операторы должны покрыть за три года населенные пункты от 10 000 человек, позднее Минкомсвязи захотел ужесточить требования. Де-факто, это происходит уже задним числом, когда операторы начали строительство сетей.

Благая цель обеспечить всех жителей страны новейшими поколениями мобильной связи не может не вызывать уважения. И поэтому, наверное, надо похвалить Министерство, что оно пытается заставить «богатых» операторов выполнять социальную функцию. Но в этом вопросе все не так просто, а скорее, сложно, и об этом может рассказать статистика использования существующих 3G-сетей, которые развернуты во многих небольших поселках и городах.

Если не брать северные территории, где связь с внешним миром осуществляется через спутник, то к большинству регионов у нас идет оптиковолокно, которое, в теории, может обеспечить хорошую и быструю связь. На практике оптиковолокно не идет до каждого населенного пункта, и развитие наземных сетей всегда происходит постепенно – от городов с наибольшим населением к меньшим и далее в деревни и села. Невозможно сразу провести опорные сети везде, это и не нужно. Спрос на услуги доступа в сети в маленьких населенных пунктах значительно меньше, чем в крупных городах.

Сотовые операторы стали первыми, кто пришел массово во все населенные пункты, и именно они решили вопрос последней мили – другое дело, что скорость соединения не везде и не всегда хорошая, но в отсутствие альтернатив это устраивает потребителей. Надо помнить, что на качество мобильной связи и скорость соединения люди будут жаловаться всегда и везде – ничто не меняется в этом мире. Подобные жалобы отнюдь не описывают реального положения дел.

Опыт развертывания сетей 3G показывает, что в небольших населенных пунктах загрузка сотовой сети на передачу данных редко достигает 25 процентов, как правило, это процентов десять от емкости в пиковой нагрузке. То есть, доступная емкость сети значительно больше, чем потребности местного населения в связи. И это вопрос цены услуги, которая видится многим потребителям высокой.

Посмотрите на типичный тариф МегаФон для регионов, за 25 ГБ трафика вы платите 250 рублей. Много это или мало? Для крупных городов это выглядит недорого – чашка кофе. Для маленьких населенных пунктов это очень дорого. И это не проблема операторов, что у жителей таких сел и деревень нет денег на оплату услуг связи. Это, скорее, проблема государства.

Вся статистика использования мобильного интернета в небольших населенных пунктах говорит о том, что загрузки сотовых сетей нет. Число пользователей услуги небольшое, это несколько процентов от всех жителей, что однозначно указывает на барьер в виде стоимости услуги. Как появление 3G, 4G, 5G или чего-то подобного может решить вопрос отсутствия денег у населения, для меня остается тайной. Если они не потребляют мобильный интернет сегодня, то появление новой, более быстрой технологии передачи данных вовсе не заставит их это делать и завтра. Для понимания этой простой истины не надо быть госчиновником, надо просто немного подумать и посмотреть статистику использования сетей.

Политический подтекст этой истории ясен – министру Никифорову хочется отчитаться о заботе обо всех жителях страны. Любой ценой. То, что он как чиновник, отвечающий за связь, должен знать и помнить о модернизации сетей сотовыми операторами, он несколько забыл. Мне не стыдно напомнить – все операторы планируют постепенное обновление и модернизацию 3G-станций до 4G. Просто произойдет это не так быстро, возможно, не за три года. Но 4G в итоге появится почти везде. Если заставить операторов сделать это сейчас, то стоимость оборудования, которое будет простаивать, будет перераспределено на цену услуг, которая вырастет для всех без исключения абонентов, вне зависимости от того, где они живут. Существующая схема обратная – богатые города и регионы дотируют строительство сетей в маленьких населенных пунктах. Так работает этот бизнес и делает это вопреки Министерству и попыткам управления отраслью, которые приводят к обратным результатам.

Удивительно, но основным тормозом для развития новых технологий в России сегодня становится реакционное Министерство связи, для которого основными задачами являются политические проекты, а не реальное развитие отрасли. В качестве вишенки на торт предлагаю прочитать интервью жены нашего министра связи , в котором ценность представляет не основной текст, а комментарии под ним, со многими из которых очень сложно не согласиться.

Уверен, что утопия в виде 4G в каждый населенный пункт не пройдет. Но эта глупость уже широко обсуждается, многие люди потратили впустую время, которое могло уйти на реальные проекты. И это грустно.

P.S. Хорошей вам недели, и хочу пожелать, чтобы вы умели создавать новые качества у привычных вещей и явлений, быть полезными окружающим и не уподобляться нашим чиновникам (не всем, но многим), кто не умеет работать и даже не хочет начинать.

Ссылки по теме

Эльдар Муртазин ()

Сейчас в мире правит электроника, которая окружает нас буквально повсюду. Наука не стоит на месте, ежегодно ученые представляют новые разработки в сфере электронных технологий. Многие из них плотно внедряются в нашу повседневную жизнь.

Ускорение компьютеров

Американские исследователи доказали, что вместо электрического тока можно использовать ультракороткие лазерные вспышки для перемещения отдельных электронов. Эта технология позволит создавать квантовые компьютеры. Также инновацию планируют использовать в сфере квантовой криптографии и для оптимизации химических реакций.

Электрон надо «подтолкнуть», накачать энергией с помощью импульсов от терагерцевого лазера до уровня отрыва от ядра и начала движения кристалла по атомным связям. Подобные лазерные установки настолько быстры, что удается ловить и удерживать электроны между двумя энергетическими состояниями.

Исследователи из разных стран давно стремились создать особые импланты для живых организмов. Принципиальное отличие заключается в том, что их не нужно было бы вынимать из тела хирургическим путем после того, как они полностью выполнили свою функцию.

Ученый Леон Беллан представил новую разработку – полимер, остающийся стабильным при температуре выше 32 градусов. Из него изготовляется основа, а внутрь вставляется серебряная нанопроволока. В результате, получается примитивная электрическая цепь. Пока полимер находится на теплой плите в кастрюле, через сеть течет ток. Как только плитка выключается, он превращается в слизь, а конструкция из проволоки рассыпается.

По такому принципу можно сделать, к примеру, медицинские приборы для контроля уровня сахара. Аппарат располагают под кожей и работает, пока врач снимает данные. После прикладывания льда, устройство разрушается. Это гораздо удобнее, чем забор анализов или ношение датчиков.

Синие светодиоды

Синий свет от светодиодов имеет выраженные антибактериальные свойства. Это официально доказано учеными из Сингапурского университета. Если сочетать его с охлаждением, то становятся ненужными консерванты, которые добавляют в продукты питания.

Разработчики уверены, что их открытие станет востребованным в сетях быстрого питания. Ведь потребители наслышаны о вреде искусственных добавок, и еда без них обязательно будет пользоваться спросом.

Наибольшего эффекта можно достичь, если сочетать синий свет с температурой +4-+15 градусов и кислой средой. В бактериальных клетках присутствуют светочувствительные соединения, которые поглощают свет в видимой области электромагнитного спектра. Соответственно, при таких условиях происходит массовая гибель бактерий.

«Электронная жидкость»

Экспериментальные исследования с нано структурами показали, что электроны могут «течь» как жидкость. Соответственно, можно создать сверхбыструю «текучую» электронику.

По законам физики, наибольшая скорость электронов происходит во время их встречи с другими частицами или атомами. Хорошим примером является среда полного вакуума, в котором траектория движения частиц похожа на полет снарядов. Но на сегодняшний день подобные условия никто не сумел смоделировать. По мнению физиков, такими средами могут выступать углеродные нанотрубки или графеновые листы. Однако, пока это только на уровне догадок.

У кардиостимуляторов есть один существенный минус – ограниченный срок эксплуатации. После семи лет нужно менять тритиевые батарейки, у которых выходит срок службы. А это означает, что необходимо повторное хирургическое вмешательство на сердце для замены источника питания.

Уже несколько стран ведут разработки по созданию батареек с более длительным сроком службы. В России этим занимаются ученые в химико-технологическом университете. Активное участие в данном проекте принимает и компания «Адвансед нуклайд технолоджис». Основа нового элемента питания – радионуклид Ni 63. Его период полураспада больше ста лет. Изобретение можно будет использовать без замены в течение 20 лет, что облегчит жизнь многим кардиологическим больным.

Все знают, что у кошек и собак уникальное обоняние, которое способно распознавать летучие химические вещества, выделяемые человеком во время болезни.

Ученые в Кембриджском университете решили создать так называемый «цифровой нос». Это спектрометр на кристаллическом микрочипе размером с мелкую монетку. Он оснащен датчиками, настроенными и откалиброванными для распознавания запахов. При подозрении на опасность, прибор подаст сигнал. В дальнейшем, вся информация будет выводиться на дисплеи смартфонов.

Кроме медицинской отрасли, «электронный нос» представляет интерес для пищевой промышленности. Ряд крупных компаний (Нестле, Кока кола) хотят использовать изобретение для определения свежести продуктов.

Новые транзисторы

В американском университете разработали новую конструкцию транзисторов. С их помощью электронные устройства смогут работать месяцами или годам. При этом затраты энергии будут минимальными, а возможно будут функционировать и вовсе без батарей. Их планируется применять в интернете вещей и в устройствах, которые не нужно подключать к сети и подзаряжать.

Тонкий нанопровод

В Великобритании была создана тончайшая одномерная нанопроволока, изготовленная из теллура. Ее толщина составляет всего один атом. Чтобы структура изделия была более прочной, разработчики ввели в нее карбоновые нанотрубки. Таким образом, атомы теллура оказываются в одной цепочке.

Одноатомные нанопровода имеют широкие перспективы в минитюаризации микросхем. А значит, современную электронику можно будет значительно уменьшить в размерах.

В Калифорнийском университете было принято решение о создании эффективных компьютерных процессоров с использованием электронных вакуумных ламп.

Для производства первых ламповых компьютеров брали громоздкие электронные лампы. Затем появились транзисторы, что произвело настоящую революцию в сфере радиоэлектроники. Но они тоже имеют существенный недостаток – невозможность бесконечного уменьшения размеров транзисторов. Чтобы происходило дальнейшее развитие, нужно было привнести инновацию в виде электронных вакуумных ламп. Дело в том, что при прохождении через полупроводник ток начинает замедляться и терять свою эффективность. Вакуумные элементы не имеют такой проблемы, потому что через них ток проходит свободно. Такие транзисторы в десять раз эффективнее полупроводниковых аналогов. Разработки на этом не закончены, они активно продолжаются в направлении уменьшения размеров ламп.

Ведущие производители электронной техники решили создать гибкие источники питания. Компания Панасоник разработала литий-ионные аккумуляторы толщиной 0,55 мм, предназначенные для носимых устройств (планшетов, телефонов, фотоаппаратов).

У них особая многослойная структура и особая конструкция размещения электрода. В качестве анода выступает медь, а в качестве катода – алюминий. Они могут быть различной формы, чаще всего цилиндрической. Благодаря своим механическим качествам, их можно сгибать и закручивать без потери мощности. Есть несколько моделей, прочность отдельных из них составляет тысячу поворотов и изгибов.

Гибкие электрические цепи на скорости 5G

Всевозможные «умные браслеты» стали очень популярными за последнее время. Они постоянно модернизируются и оснащаются новыми функциями. Очень скоро грядут дальнейшие глобальные перемены. В Америке уже разработана самая гибкая в мире электрическая цепь. Она отличается необычным дизайном – двумя переплетающимися в цепочку линиями, образующими S-образные изгибы. Благодаря подобной форме, линии могут растягиваться без потери производительности. Кроме того, они хорошо защищены от внешних воздействий. Передача электромагнитных волн происходит в определенном диапазоне частот – до 40 ГГц.

В Технологическом институте штата Джорджия инженеры разработали ректенны. Они имеют уникальную способность – захват света и преобразование его в постоянный ток. Для этого используются вертикальные углеродные нанотрубки в верхней части кремниевой подложки.

Сложные процессы приводят к формированию заряда, преобразующего переменный ток в постоянный. Пока эффективность устройство крайне мала, но ученые уверены, что в ближайшем будущем получится выйти на более высокие показатели.

Микрочип на основе человеческого мозга

Уникальная разработка американских биоинженеров – микрочип NeuroCore. Он действует быстрее, чем персональный компьютер в тысячи раз. В основе действия инновации лежит принцип работы мозга человека.

Биоинженерами была создана печатная плата, состоящая из 16 микрочипов. Она имитирует работу одного миллиона нейронов и образует миллиарды синаптических связей. Затраты энергии при этом минимальны.

В дальнейшем разработчики планируют уменьшить цену платы и создать компилятор для программного обеспечения.

Сейчас полным ходом идут разработки по созданию магнитных устройств для хранения данных. Это носитель информации следующего поколения, который может привести к созданию атомарно маленьких вычислительных машин.

Цель, стоявшая перед исследователями – организация определенного движения атомов. К примеру, в какой-то момент нужно, чтобы они прекратили вращаться. Это удалось воплотить благодаря сочетанию платины, гольмия и отрицательной температуры. Квантовая система дестабилизируется и сохраняется момент атома.

Электрическое моноколесо

Инновация представляет собой электрический мотор. Корпус его выполнен из ударостойкого пластика. Вес моноколеса составляет в среднем 10-20 кг, а высота – пол метра.

Оно оснащено системой гироскопов и управляющей электроникой для поддержания транспортного средства в вертикальном положении. От человека требуется только овладеть навыком сохранять на нем баланс. Колесо может менять скорость, регулировать положение тела в пространстве, подавать сигналы в случае возникновения опасности на дороге. Им легко управлять, оно маневренное и безопасное.

К моноколесу прилагается зарядное устройство. Аккумулятор заряжается подключением к розетке на пару часов.

В Стэнфордском университете впервые разработали аккумулятор с алюминиевым анодом. Он долговечный, недорогой и способен быстро заряжаться. Так же была представлена аккумуляторная батарея на алюминиевой основе с высокой стабильностью. В ней использованы катод из графитовой пены и металлический анод из алюминия. Такие батареи очень гибкие, что позволит использовать их для создания гибких гаджетов.

Дополнительные преимущества:

• низкая стоимость;
• безопасность;
• ультрабыстрая зарядка;
• огромный ресурс батареи.

Это перспективный материал, имеющий хорошие эксплуатационные свойства.

Основные из них:

• стойкость к воздействию щелочей, кислот и низких температур;
• высокое электрическое сопротивление.

Они изготовляются из обработанных радиационным облучением полиолефелинов. Также при производстве могут использоваться фторсодержащие эластомеры, силиконы, поливинилхлорид.

Виды термоусаживаемых материалов:

• кабельные муфты;
• термоусадки;
• кабельные капы;
• перчатки;
• негорючие трубки.

Данные материалы применяются в энергетике, приборостроении, авиастроении, электротехнике и многих других промышленных сферах.

Развитием и совершенствованием электронных технологий занимаются практически все ведущие страны. Государство и частные инвесторы заинтересованы в появлении все новых инноваций в этой области, поэтому они активно поддерживают развитие перспективных проектов.

Лазерные чипы, гибкие печатные схемы, мемристоры и другие чудеса техники уже совсем рядом! Представьте себе мир, в котором электронные устройства заряжают себя сами, музыкальные плееры, способные проиграть всю вашу аудиоколлекцию, самовосстанавливающиеся батареи и чипы, изменяющие свои возможности «на лету». Судя по тому, над чем сегодня работают американские исследовательские лаборатории, все это не только возможно, но и перспективно.

«Следующие пять лет станут действительно впечатляющим периодом в развитии электроники, — говорит Дэвид Сейлер (David Seiler), глава подразделения полупроводниковой электроники коммерческого отдела Национального института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) в Гейтерсберге, штат Мерилэнд. - Множество вещей, которые сегодня кажутся далекой фантастикой, получат повсеместное распространение».

Итак, вы готовы начать путешествие в будущее электроники? Многие из идей, о которых мы расскажем сегодня, могут выглядеть фантастически, некоторые покажутся лишенными здравого смысла, но все их объединяет то, что они уже были опробованы в лабораториях и имеют все шансы превратиться в коммерческие продукты в ближайшие 5 лет.

Основная тема этой статьи - новые разработки в области микропроцессорной техники - от процессоров, передающих данные с помощью лазеров, заменяющих провода, до схем, выполненных на основе новых материалов, которые придут на смену традиционному кремнию. Эти технологии могут стать строительным материалом для множества новых инновационных продуктов, некоторые из которых мы даже не можем себе представить сегодня.

Чипы без проводов: лазерное соединение

При ближайшем рассмотрении можно увидеть, что типичный микропроцессор содержит миллионы тонких проводов, которые тянутся во все направления, соединяя активные элементы. Заглянув под поверхность вы найдете еще раз в пять больше проводов. Юрген Мишель (Jurgen Michel), ученый из Центра микрофотоники при Массачусетском технологическом институте в Кембридже (MIT"s Microphotonics Center in Cambridge), намерен заменить все эти провода импульсами германиевых лазеров, передающих данные с помощью инфракрасного излучения.

«По мере увеличения числа ядер и компонентов в процессорах соединительные провода переполняются данными и становятся слабым каналом связи. Использование фотонов вместо электронов позволяет улучшить ситуацию», — объясняет Мишель.

Перемещая данные со скоростью света, германиевые лазеры способны передавать биты и байты информации в 100 раз быстрее, чем путем перемещения электронов по проводам. Это особенно важно для связи между ядрами процессора и его памятью. Так же, как оптоволоконные линии улучшили эффективность телефонных звонков, использование лазеров в микропроцессорах может поднять обработку данных на небывалые высоты.

Самое приятное, что система Массачусетского технологического института не требует применения внутри процессоров огромного количества тоненьких кабелей. Вместо этого чип содержит множество скрытых туннелей и полостей, по которым перемещаются световые импульсы, а крошечные зеркала и сенсоры передают и интерпретируют данные.

Сочетание традиционной кремниевой электроники с оптическими компонентами, известное как кремниевая фотоника, может сделать компьютеры более экологичными - дружественными для окружающей среды. И все потому, что лазеры потребляют меньше энергии, чем провода, и излучают меньше тепла в окружающее пространство.

«Оптоэлектроника - это настоящий святой Грааль, — говорит Сейлер. - Она позволяет расширить возможности электроники и предоставляет при этом отличный способ снизить энергопотребление, поскольку не содержит проводов, которые являются настоящими теплорадиаторами для окружающего пространства».

В феврале 2010 года Мишель и его коллеги, Лайонел Кимерлинг (Lionel Kimerling) и Джифенг Лиу (Jifeng Liu), успешно создали и протестировали действующую схему, использующую для передачи данных встроенный германиевый лазер. В новом чипе была достигнута скорость передачи данных свыше 1 ТБ/с, что на два порядка быстрее, чем позволяют лучшие современные чипы с проводными соединениями.

Новый чип был создан с использованием современных технологий производства полупроводников с некоторыми дополнениями, поэтому Мишель считает, что переход к использованию чипов на основе лазерных соединений состоится уже в ближайшие пять лет. Если дальнейшие тесты пройдут успешно, MIT лицензирует технологию производства. Широкое распространение нового типа чипов ожидается к 2015 году.

Более того, к 2015 году ожидается появление компьютеров с 64-ядерными процессорами, ядра которых будут работать независимо и одновременно.

«Соединять их при помощи проводов - тупиковый путь, — говорит Мишель. - Использование германиевого лазера имеет грандиозный потенциал и большое преимущество».

Новейшие схемы: мемристоры

Ваш MP3-плеер переполнен любимыми музыкальными композициями и вы чувствуете себя сродни убийце, удаляя тот или иной трек? В таком случае мемристоры могут прийти как раз вовремя.

Это первые фундаментально новые электронные компоненты после создания в 50-х годах прошлого века кремниевых транзисторов. Мемристоры являются более скоростной, долговечной и потенциально более дешевой альтернативой флэш-памяти. А еще они в два раза более емкие - настоящее раздолье для любителей музыки.

«Если сегодня мы решим пересмотреть технологию производства компьютеров, мы просто обязаны использовать мемристорную память, считает Р. Стенли Уильямс (R. Stanley Williams), ведущий исследователь и глава группы квантовых исследований (Quantum Science Research, QSR) HP Labs в Пало-Альто, Калифорния. - Это фундаментальная структура для будущей электроники».

Мемристор - другими словами, резистор с памятью, — впервые упомянул профессор Калифорнийского университета Леон Чу (Leon Chua) еще в 1971 году. Но мемристорные прототипы HP Labs не демонстрировались публично вплоть до 2008 года.

Для создания мемристоров HP использует чередующиеся слои диоксида титана и платины. Под электронным микроскопом они выглядят как серии длинных параллельных выступов. Ниже под прямым углом расположен такой же слой, образуя «кубики» с размерами ячеек 2 х 3 нм.

Ключевой момент состоит в том, что любые два соседних провода можно соединить с электрическим переключателем под поверхностью, создавая ячейку памяти. Изменяя напряжение, прилагаемое к «кубикам», ученые могут открывать и закрывать крошечные электронные переключатели, сохраняя данные, как в традиционных чипах флэш-памяти.

Новый тип памяти получил название ReRAM (Resistive Random Access Memory). Такие чипы не только позволяют сохранить в два раза больше данных, чем флэш, но и работают в 1 000 раз быстрее, а также выдерживают до 1 000 000 циклов перезаписи, по сравнению со 100 000 циклов перезаписи у стандартной флэш-памяти. Кроме того, ReRAM читает и записывает данные на сравнимых скоростях, тогда как флэш-памяти требуется намного больше времени для записи данных, чем для их чтения.

HP и южнокорейская компания Hynix заключили договор о сотрудничестве с целью наладить массовое производство чипов ReRAM, которые смогут найти применения во многих портативных устройствах, таких как мультимедийные плееры. А ведь это означает терабайты музыкальных треков, видео и электронных книг! Первые продукты с новыми чипами памяти ожидают на рынке в 2013 году.

ReRAM также придет на смену динамической оперативной памяти в компьютерах. Поскольку ReRAM энергонезависима, она не будет терять информацию при выключении системы и не будет расходовать электроэнергию, в отличие от DRAM. По мнению Уильямса, грядет эра мгновенной обработки данных. Сегодня пользователи чаще не выключают компьютеры, а отправляют их в спящий режим. Но все равно для «пробуждения» компьютерной технике требуется от нескольких секунд до минуты, и лишь после этого доступ к данным будет восстановлен. Устройства, использующие ReRAM, возвращаются в рабочее состояние мгновенно.

Более того, по словам Уильямса, есть возможность размещать массивы мемристоров внутри чипа один над другим. Это путь к созданию 3D-памяти, которая позволит более рационально использовать пространство внутри чипа, вмещать гораздо больше памяти в одинаковый физический объем.

«Не существует фундаментальных ограничений на количество слоев, которые мы можем произвести, — объясняет Уильямс. - В ближайшие 10 лет мы можем создать чипы с объемом памяти в петабайт». Это миллион гигабайтов памяти, его достаточно для хранения видео высокой четкости, которого хватило бы на год просмотра. При этом размеры самого чипа не превышают размеров человеческого ногтя.

«Память - это только одна из возможностей применения мемристоров, но далеко не единственная. У этой технологии гигантский потенциал», — считает Сейлер.

В ближайшие 20 лет дизайн компьютеров может быть пересмотрен. В 2010 году исследователи из HP обнаружили, что мемристоры можно использовать для логических вычислений, а не только для хранения данных. Это означает, что, теоретически, обе эти функции можно реализовать на одном чипе.

И опять слово Уильямсу: «Один мемристор способен заменить множество схем, что в свою очередь позволит упростить архитектуру, дизайн и работу компьютеров». Например, один мемристор способен заменить шесть транзисторов, используемых для создания статичных ячеек RAM в кэш-памяти процессора.

По мнению Уильямса, мемристорная технология позволит даже создать искусственные нейронные синапсы, способные имитировать работу мозга. Сегодня это лишь отдаленные перспективы, но главное - в принципе возможные.

«Мемристоры имеют все шансы переписать правила электроники», — говорит Супратик Гуха (Supratik Guha), директор департамента физических наук IBM. Однако, по его мнению, технология требует дальнейшего совершенствования. «Они могут иметь потенциал в качестве элементов памяти, — добавляет он. - Но, как и любая другая технология, здесь следует двигать ползком, прежде чем идти и идти, прежде чем бежать».

Другими словами, мемристорные технологии не появятся неожиданно. Пройдет еще много времени, прежде чем мемристоры станут столь же широко распространенными, как DRAM или флэш-память.

Изменяемые чипы: программируемые слои

От самых скоростных процессоров к самым миниатюрным модулям памяти. Почти все чипы, используемые в современной электронике, имеют одну общую черту: их активные элементы находятся в верхних 1-2% слоя кремния, из которого он сделан.

В ближайшие несколько лет ситуация изменится, так как производители будут стараться втиснуть в вертикальные слои как можно больше компонент. Некоторые производители, такие как Intel, используют технологии склеивания отдельных чипов, а ученые из Университета Рочестера создают многослойные 3D-структуры внутри чипов. Оба подхода являются очень сложными и дорогими.

Вот если бы можно было заставить чипы перестраивать свою схему «по требованию», чтобы иметь несколько слоев активных элементов. Эта идея была воплощена в технологии Spacetime от Tabula и нашла применение в архитектуре чипов ABAX.

Вместо того, чтобы намертво впечатывать в кремний несколько слоев постоянных компонент, ABAX использует перепрограммируемые схемы, которые могут изменять функции в зависимости от требований пользователя. Сегодняшние чипы производителя содержат 8 разных слоев, свойства которых можно изменить в мгновение ока.

«Это выглядит примерно как супермаркет с восемью этажами, — объясняет Стив Тиг (Steve Tieg), 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 создать единый слой (или этаж), который можно переконфигурировать в зависимости от задач.

«Это можно сравнить с тем, как если бы пока покупатель находится на эскалаторе, кто-то перестраивал бы этаж, чтобы создать нужный уровень с нужными продуктами, — добавляет Тиг. - Обстановка за пределами эскалатора выглядит так, будто покупатель находится на восьмом этаже, но на самом деле этаж один, просто изменившийся в соответствии с его потребностями».

Перепрограммирование чипа в рабочее состояние занимает всего 80 пикосекунд, в 1000 раз быстрее цикла вычислений обычного чипа. Таким образом, слои меняются практически «на лету», пока чип находится в ожидании следующей цепочки команд.

Таким образом, чипы ABAX позволяют сделать больше с меньшими затратами. Сделанные с использованием традиционной технологии производства полупроводников, чипы Tabula ABAX обходятся производителю примерно в ту же сумму, что и производство обычных чипов. Данный дизайн по-прежнему использует только верхние слои чипа, но один слой выполняет функции восьми различных чипов. По словам Тига, технология позволяет увеличить плотность схем в два раза, а память и пропускную способность видео - в 3.5 раза.

Сегодня Tabula сконцентрировала усилия на производстве чипов для специальных целей. Такие чипы - настоящие «рабочие лошадки» нашего времени. Они находят применение, например, в беспроводных маршрутизаторах или оборудовании для вышек сотовой связи.

В дальнейших планах Tabula - наладить производство чипов для популярных электронных устройств - цифровых камер, игровых консолей, а быть может даже и для полноценных компьютеров. Текущий 8-слойный дизайн чипов уже запущен в массовое производство, и сейчас Tabula работает над созданием 12-слойной версии с перспективой увеличения количества слоев до 20.

«Не существует ограничения на количество слоев, которые мы могли бы интегрировать», — отметил Тиг.

От сажи к схемам: графены

На протяжении последних 45 лет количество транзисторов в кремниевых процессорах компьютеров удваивалось каждые два года, доказав, что закон Мура работает так же надежно, как и закон тяготения. По мере того, как активные элементы чипов становились все меньше и дешевле для производства, в конечные устройства их можно было «втиснуть» во все возрастающих количествах, что в свою очередь увеличивало сложность, возможности и… энергопотребление электроники.

Но на самом деле такой путь оказался тупиковым. Ученые пытались поместить в кремниевый чип еще больше транзисторов, но примерно с размеров в 14 нм начались трудности с дальнейшей миниатюризацией элементов. 14 нм - это размер двух молекул гемоглобина в нашей крови или около одной тысячной размера гранулы тальковой пудры.

Вещество под названием графен вдохнуло новую жизнь в закон Мура, доказанный кремниевыми технологиями. Графен представляет собой слой атомов углерода, выстроенных в виде шестиугольных ячеек. Толщина такого слоя - 1 атом. Под электронным микроскопом графен очень похож на соты.

«Он не только странно выглядит, но и обладает необычными свойствами, — говорит Вольт де Гир (Walt de Heer) заведующий нанолабораторией Технологического института Джорджии. - Графен - уникальный материал будущего. Он скоростной, потребляющий мало энергии и из него можно делать самые миниатюрные элементы. Его возможности превосходят кремний, он делает то, что не под силу кремнию. Именно за ним будущее электроники».

Исследователи в области полупроводников экспериментировали с графеном еще с 70-х годов прошлого века. Но до недавнего времени им не удавалось создать ультратонкие слои графеновых шестиугольников. Ученые из Манчестерского университета Андре Гейм (Andre Geim) и Константин Новоселов успешно создали первые графеновые слои в 2004 году (за это и другие достижения в исследовании графенов в 2010 году они были удостоены Нобелевской премии). После этого графеновые технологии начали быстро развиваться.

В начале 2011 года группа де Гира создала графеновые провода - первый большой шаг на пути к созданию микрочипов. Толщины провода около 10 нм удалось добиться путем эпитаксии - наращивания чистого графена на кремниевой основе. (Эпитаксия - процесс наращивания тонкого слоя кристалла на подложке из другого кристалла (субстрате), так что наращиваемый слой повторяет структуру субстрата).

В конце концов, ученым удалось получить электронные структуры, имеющие толщину 1 нм и намного более скоростные, чем кремний. По прогнозам ученых, использование графенов позволит создать процессоры с частотой, измеряемой в терагерцах - это в 20 раз быстрее, чем быстродействие современным кремниевых процессоров.

В следующем году ученые Технологического института Джорджии надеются завершить создание прототипа чипа со встроенным графеном и протестировать возможности использования уникальных свойств этого материала для создания микросхем.

Ученые из IBM создали экспериментальные транзисторы и интегральные схемы на основе графенов, используя стандартные технологии производства полупроводников. По их словам - это можно считать первым шагом на пути к использованию графенов в промышленных масштабах.

«Эта область имеет огромный потенциал, — говорит директор департамента физических наук IBM Супратик Гуха. - Графены найдут применение в военной промышленности и в беспроводных технологиях, кроме того, их можно будет интегрировать с кремнием. Сегодня нужно хорошо потрудиться, чтобы продемонстрировать возможности создания схем усилителей с интегрированными в них высококачественными активными элементами из графена».

По прогнозам, первые продукты, использующие графены, появятся в 2013 году. Поэтому ожидать появления в ближайшее время супер-скоростных ноутбуков с графеновыми процессорами пока преждевременно. Если такая техника и появится, она будет слишком дорогой и сможет найти применение лишь в тех областях, где цена не имеет значения по сравнению с высокими скоростями и низким энергопотреблением.

Также и привычные нам интегральные схемы когда-то были «дорогим удовольствием» и применялись лишь в военной промышленности и для других особых целей. История в этой области такова, что многие вещи являются в мир дорогими и недоступными, а затем становятся дешевыми и общераспространенными. Графены имеют огромный потенциал, предполагается, что они могут стать общедоступными уже в ближайшие 10 лет.

Печатные схемы: бюджетные чипы

Стандартная технология производства полупроводников включает целый ряд сложных этапов, которые проводятся в абсолютно 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 не миллиарды, необходимые для развертывания традиционного завода для производства процессоров.

«Обычные электронные элементы - быстрые, маленькие и дорогие, — говорит Дженифер Эрнст (Jennifer Ernst), бывший директор по развитию бизнеса лаборатории Xerox PARC в Пало-Альто, Калифорния. - 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.

Адаптация различных технологий печати, включая впрыскивание чернил, штамповку и трафаретную печать, PARC производит усилители, батареи и переключатели намного менее дорогие, чем произведенные традиционным способом. А недавно компании удалось наладить производство 20-разрядной памяти и контроллеров, которые появятся в продаже уже в следующем году.

Другой интересный проект на основе печатных схем - детектор взрывов, который 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 возможности наличия травм головного мозга. Такие датчики хорошо выполняют свою работу, а стоят менее $1 по сравнению с $7, в которые обходится один традиционный сенсор.

Конечно же, печатные схемы и близко 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. А в начале 2012 года печатные схемы начнут применять в игрушках и электронных играх, требующих простейшей обработки данных - например, синтезаторах речи, а также для управления подушками безопасности в автомобилях.

А уже к 2015 году печатные схемы можно будет найти и в других электронных продуктах - гибких ридерах электронных книг, которые можно будет сворачивать в трубочку 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 в 2010 до $45 млрд в 2016 году. Они найдут применение в широком спектре устройств.