zet-1-2020

Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

Экспресс-информация

ПО ЗАРУБЕЖНОЙ
ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ

Материалы 65-й
Международной конференции

по электронным приборам

Новый проект ЕС в области
корпусирования оптики,
фотоники и электроники

Динамика рынка материалов
для пассивных компонентов

Состояние
и перспективы развития
высокопроизводительных

вычислений

ISSN 2500-3844

СЕГОДНЯ В ВЫПУСКЕ

1 Компетентное мнение Издатель
АО «ЦНИИ «Электроника»
Материалы 65-й Международной
Главный редактор
4 конференции по электронным Алена Фомина, д. э. н., доц.

приборам Заместитель главного редактора
Дмитрий Корначев
Новый проект ЕС в области
Научный референт
13 корпусирования оптики, фотоники Валерий Мартынов, д. т. н., проф.

и электроники Выпускающий редактор
Полина Корсунская
18 Динамика рынка материалов
Авторы материалов
для пассивных компонентов Михаил Макушин,
Елена Миронова,
Состояние и перспективы развития Анастасия Хомчик,
Иван Черепанов
29 высокопроизводительных
Над выпуском работали
вычислений Григорий Арифулин,
Людмила Железнова,
Перспективные системы Анастасия Никитина

34 фронтального освещения: переход Реклама
[email protected]
на цифру +7 (495) 940-65-24

Прочные и термостойкие компоненты Адрес редакции
127299, г. Москва,
39 для беспилотных транспортных ул. Космонавта Волкова, д. 12
+7 (495) 940-65-24
средств www.instel.ru
[email protected]
Бионические ИС с ультрамалой
Экспресс-информация
43 потребляемой мощностью для по зарубежной электронной
технике издается с 1971 г.,
лечения нейродегенеративных в электронной версии – с 2003 г.
заболеваний
Издание зарегистрировано
Освоение монтируемых на шлем в Федеральной
службе по надзору
47 биноклей ночного видения за соблюдением
законодательства в сфере
в сухопутных войсках США массовых коммуникаций
и охране культурного наследия
50 Европейская индустрия фотоники: (свидетельство ПИ № 77–13626
от 20 сентября 2002 г.).
состояние рынка

54 Глоссарий

Компетентное мнение

Дальнейшее развитие полупроводниковой средств за  полезные ископаемые. Для этого
промышленности в  целом и  индустрии пас- реализуется разработанная в 2018 г. Политика
сивных компонентов в частности тесно связа- приобретения материалов и  сырья из  стран,
но как с вопросом доступности необходимых на территории которых нет военных или иных
материалов и сырья, так и с введением в тех- конфликтов (Conflict-Free Supply Chain Policy).
нологический процесс новых материалов. Она стала следствием глубокой озабоченно-
Учитывая значительный разрыв цен, для из- сти по  поводу источников полезных ископа-
готовителей пассивных компонентов крайне емых из  «районов, затронутых конфликтом
важно при дальнейшем масштабировании и  подверженных высокому риску» (conflict-
(по  тем направлениям, где это необходимо) affected and high-risk areas, CAHRA). В  2018 г.
заменять металлы платиновой группы на  ба- WSC провел отраслевой опрос для выявления
зовые металлы (в  основном медь и  никель), современного состояния дел в  области «кон-
однако подобная замена не всегда возможна. фликтных» материалов. Было установлено,
При масштабировании ИС ниже топологиче- что фирмы полупроводниковой и  смежных
ского уровня 22/20 нм (в еще большей степе- отраслей промышленности уделяют большое
ни это касается топологий менее 12/10 нм) все внимание соблюдению принципов неприобре-
более широкое применение находят редкозе- тения полезных ископаемых у  воюющих сто-
мельные металлы. рон, а применимость этих принципов расшире-
на за пределы Конго и окружающих ее стран.
Месторождения сырья, используемого Кроме того, список «конфликтных» минералов,
в  микроэлектронике, распределены по  миру первоначально включавший в  себя золото,
неравномерно, и  страны, обладающие по- тантал, вольфрам и олово, теперь распростра-
добными запасами, теоретически находятся няется на  более широкий перечень полезных
в выигрышном положении. Тем не менее в це- ископаемых. Опрос WSC выявил, что все ре-
почке поставок мировой полупроводниковой спонденты разработали собственную поли-
промышленности на  уровне обеспечения ма- тику в  области полезных ископаемых и  пре-
териалами возникают «узкие места». дали ее гласности. Отрасль видит главную
задачу в сертификации всей цепочки добычи,
Во-первых, они связаны с контролем проис- обработки и  поставок полезных ископаемых,
хождения используемых в  отрасли материа- с тем чтобы исключить из нее «конфликтные»
лов. Международный совет по полупроводни- материалы, предлагаемые на мировом рынке
ковым приборам (World Semionductor Council, воюющими сторонами или их представителя-
WSC) стремится добиться использования ми. Более того, WSC настойчиво рекомендует
в продукции полупроводниковой промышлен- Межправительственному форуму стран, вхо-
ности «ответственно добытого» сырья. Что дящих в Совет (GAMS), разработать и принять
это означает? Основы контроля «чистоты» сы- на  международном уровне законодательство
рья были заложены в  заявлениях WSC, отно- об ответственном недропользовании с целью
сящихся к началу 2000-х гг. Наиболее извест- создания надежного управления цепочкой по-
но «Заявление о ситуации в Демократической ставок полезных ископаемых из зон, охвачен-
республике Конго и  окружающих ее странах» ных конфликтами, или зон с высокими риска-
(касается последствий Первой и  Второй кон- ми ведения добросовестного бизнеса.
голезских войн 1994–1997 и  1998–2002 гг.).
Целью политики в этой области как WSC, так Во-вторых, идущая с  переменной активно-
и  Организации экономического сотрудниче- стью американо-китайская торговая война
ства и  развития (ОЭСР) является недопуще- также накладывает отпечаток на доступность
ние получения воюющими сторонами и  тер- и  уровень цен ряда сырьевых материалов
рористическими организациями денежных

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 1

Компетентное мнение zet.instel.ru

полупроводниковой промышленности. Так, лургический завод по  добыче и  переработке
правительство КНР заявляет, что страна удо­ рения (75-й элемент таблицы Менделеева), од-
влетворяет 90% мирового спроса на редкозе- ного из самых редких, дефицитных и драгоцен-
мельные металлы (при этом обладая только ных химических элементов на  Земле (так что
23% мировых запасов). В начале 1990-х гг. Ки- претензии японцев на «Северные территории»
тай обогнал США (практически все американ- имеют целью и упрочение сырьевой базы ми-
ские заводы закрылись, не выдержав ценовой кро- и радиоэлектроники Страны восходящего
конкуренции с китайцами) и стал крупнейшим солнца). Иными словами, с сырьевой точки зре-
в  мире производителем и  экспортером этих ния отечественная микро и радиоэлектроника
материалов. Некоторые полупроводниковые во многом обеспечена. В то же время у нас нет
приборы и компоненты с применением редко- современных производств по  изготовлению
земельных материалов производятся только полупроводниковых пластин и собственно ИС,
в  Китае. Сейчас США, которым Пекин огра- отсутствует политика стимулирования высоко-
ничил доступ к  редкоземельным металлам технологичных производств, развития рынка
и продукции из них, в срочном порядке пыта- отечественной микро- и  радио­электроники,
ются восстановить внутреннее производство. организации взаимоувязанных, долгосроч-
Но, по оценкам экспертов, если это и произой- ных, комплексных НИОКР по  перспективным
дет, то  не  в  прежних масштабах и  не  ранее направлениям. Без решения этих вопросов
2022–2023 гг. недавние призывы создать пять-шесть совре-
менных заводов по  обработке пластин и  из-
Каковы позиции России? Наша страна, на- готовлению ИС ни  к  чему не  приведут  – и​ х
ряду с  Южной Африкой,  – о​ дин из  основных постигнет участь аналогичных попыток, пред-
поставщиков палладия, в  больших объемах принимавшихся прежде.
производятся никель и  медь. По  данным гео-
логоразведки, существенные запасы ред- Михаил Макушин,
коземельных металлов есть на  Курильских главный специалист отдела научно-
островах. Например, на Итурупе еще в 2016 г.
предполагалось пустить в строй газово-метал- технического планирования РЭП

2 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

РОССИЙСКАЯ 21–24
НЕДЕЛЯ апреля
ВЫСОКИХ 2020
ТЕХНОЛОГИЙ
Россия, Москва,
ЦВК «ЭКСПОЦЕНТР»

5G Big Data Умный город

Геоданные и навигационные технологии
Цифровое правительство ЦОДы
Информационная
Smart Device Show
IoTбезопасность
Телеком
Искусственный интеллект Спутниковая связь
Умная мобильность Российский софт
AR&VR Future TV

Дроны и беспилотные системы Стартапы

СВЯЗЬ НАВИТЕХ

32-я международная выставка 12-я международная выставка
«Информационные «Навигационные системы,
и коммуникационные технологии» технологии и услуги»

www.sviaz-expo.ru www.navitech-expo.ru

www.hi-techweek.ru Реклама 12+

Микроэлектроника

Материалы 65-й
Международной конференции
по электронным приборам

Ключевые слова: двумерные материалы, логика, моделирование,
память, спиновый момент электрона.

С 7 по 11 декабря 2019 г. в Вашингтоне проходила 65-я Международная конференция
по электронным приборам (International Electron Device Meeting, IEDM). В ее рамках было
представлено несколько сотен докладов, в обсуждении которых принял участие широкий круг
разработчиков в области перспективных материалов, приборов и приборных структур для
полупроводниковой промышленности, а также оборудования и производственных технологий.
Представляем краткий обзор по материалам некоторых докладов.

Работы IMEC в области двумерных материалов

На IEDM‑2019 Межуниверситетский центр позволило продемонстрировать некоторые
микроэлектроники (IMEC, г. Левен, Бельгия) из  лучших характеристик прибора, достигну-
представил ряд работ. Одна из  них касалась тых до сих пор. Самое главное, что эти транзи-
углубленного исследования масштабируемых сторы позволяют всесторонне изучать фунда-
транзисторов с  использованием дисульфида ментальные свойства приборов и калибровать
молибдена (MoS2), которые демонстрируют модели TCAD1 с целью предложить реалистич-
лучшую на  данный момент производитель- ный путь повышения производительности.
ность приборов на основе таких материалов.
На основе данных теоретических исследо-
MoS2 – д​ вумерный (2D) материал, а это озна- ваний 2D-материалы считаются идеальными
чает, что его можно выращивать в стабильной для формирования каналов при экстремаль-
форме с  почти атомарной толщиной и  атом- ном масштабировании транзисторов, так как
ной точностью. IMEC синтезировал материал в данном случае ожидаются только небольшие
вплоть до  монослоя (толщина 0,6 нм) и  изго- эффекты короткого канала (ток утечки меж-
товил устройства с  масштабированными кон- ду эмиттером и  коллектором) по  сравнению
тактом и  длиной канала, равными 13 и  30  нм с  современными приборами на  основе крем-
соответственно. Такое масштабирование раз- ния (Si). Предварительные данные относитель-
меров, в  сочетании с  уменьшенной толщиной но подобного потенциала уже были опублико-
оксидного слоя затвора (подзатворного окси- ваны  – н​ а  основе результатов тестирования
да) и  использованием материала с  высокой единичных транзисторов, сформированных
диэлектрической проницаемостью (high-k), на естественных чешуйках 2D-материалов.

4 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Микроэлектроника

4 нм

100 мк 8 нм
12 нм
Ток включения, мкА/мкм
10 мк 50 нм
1 мк
Приборы из представленного
доклада Источник: IMEC

MoS2-приборы, полученные
ХОПФ-методом

WS2-приборы, полученные
ХОПФ-методом

Приборы, сформированные
на естественных чешуйках MoS2

Приборы, сформированные
на естественных чешуйках WS2

60 100 200 400 1000 2000

Минимальная крутизна подпороговой
характеристики, мВт/декада тока

Рисунок 1. Сравнительный анализ новых приборов IMEC с HfO2 подзатворным оксидом толщиной
4, 8, 12 нм, 50-нм SiO2 подзатворным оксидом с приборами, ранее описанными в литературе

На IEDM‑2019 исследователи IMEC впервые Ток включения прибора с 50-нм подзатворным
представили результаты проверки этих тео-
ретических выводов с  помощью комплексно- оксидом (ЅіO2) составил менее 250 мкА/мкм.
го набора данных о  транзисторах на  основе При применении в качестве подзатворного ок-
2D-материалов (рис. 1, 2). Длина каналов при-
боров с  самой малой из  достигнутых до  сих сида (заднего или тылового затвора) 4-нм слоя
пор площадью занимаемой поверхности со-
ставила 30 нм, а шаг контактов – ​менее 50 нм. оксида гафния (HfO2) ток включения опустился
до ~100 мкA/мкм, при этом минимальная кру-

тизна подзатворного напряжения (SSmin) соста-
вила 80 мВ/декада тока (при постоянном на-

Длина контакта 13 нм Длина канала 29 нм

Три монослоя MoS2 Источник: IMEC

20 нм

Рисунок 2. Улучшение характеристик передачи трех монослоев MoS2 канала за счет уменьшения
крутизны подпорогового тока и утоньшения HfO2 подзатворного оксида (изображение получено
при помощи просвечивающего электронного микроскопа)

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 5

Микроэлектроника zet.instel.ru

пряжении питания 50 мВ). Было установлено, изводительности. В частности, предполагается
что на производительность сформированного уменьшить толщину оксидного слоя затвора,
прибора не влияет уменьшение длины контак- внедрить архитектуры с  двойным затвором
та – н​ осители заряда вводятся с края контакт- и сократить число дефектов канала.
ного металла непосредственно в  канал, в  со-
ответствии с  моделированием при помощи Кроме того, дальнейшие работы переносят-
TCAD. Эксперимент подтвердил, что модели ся на  платформу обработки пластин диаме-
TCAD охватывают большую часть физики при- тром 300 мм, предназначенную для формиро-
бора, осуществляют управление эксперимен- вания транзисторов на основе 2D-материалов
тальной проверкой и  формируют возможную (представлена на  IEDM‑2018). Эта платформа
область применений. Часть представленного облегчит внедрение разрабатываемых прибо-
на IEDM‑2019 доклада была посвящена вопро- ров в массово-поточное производство на про-
сам оптимизации прибора для повышения про- мышленных заводах по  обработке 300-мм
пластин [1].

На пути к 2-нм технологическому уровню

Еще один интересный доклад, представлен- ностью (быстродействием) или с  меньшей
ный специалистами IMEC на IEDM‑2019, касал- производительностью и малой потребляемой
ся первых результатов моделирования стан- мощностью. В отличие от прежних типов тран-
дартных ячеек нового прибора, использующего зисторов, число градаций уровней произво-
архитектуру с разделением канала (Forksheet, дительности и  быстродействия транзистора
от  fork  – «​ вилка»; термин возник аналогично увеличивается с 2 до 5–7. MBCFET разработан
формированию термина «плавниковый» поле- совместно исследователями корпораций IBM,
вой транзистор – F​ inFET2) и предназначенного Samsung и GlobalFoundries для 5-нм технологи-
для технологических норм с топологиями ме- ческого процесса, но реально появится только
нее 3 нм. Что представляет собой архитектура в 3-нм кристаллах ИС Samsung.
Forksheet? Это транзистор, у  которого канал
разделен (разветвлен) на вертикальные нано- Прибор с  новой архитектурой был предло-
листы, перемежающиеся вертикальными сло- жен IMEC как естественное расширение вер-
ями диэлектрика. С  одной стороны распола- тикально этажированных нанослоевых (на-
гаются каналы n-типа, с другой ― p-типа, и все нолистовых – ​nanosheet) приборов с боковым
это окружено общим затвором в  виде верти- расположением круговых (gate-all-around) за-
кального «плавника» чуть шире, чем у MBCFET. творов. В  отличие от  приборов с  круговыми
В  свою очередь, MBCFET (multi bridge channel затворами, в приборах на основе архитектуры
FET, или транзистор с  множественными мо- с  разделением канала нанолисты управля-
стиками канала)  – ​это полевой транзистор, ются трехзатворной разветвленной структу-
канал которого разделяется на несколько рас- рой, реализованной путем введения диэлек-
положенных друг над другом горизонтальных трической стенки между p- и  n-канальными
нанолистов (а  не  вертикальных гребней, как МОП-транзисторами перед формированием
в  FinFET), окруженных со  всех сторон затво- структуры затвора. Эта стенка физически
ром. Характеристиками MBCFET-транзистора изолирует p-канавку затвора от n-канавки, по-
можно управлять как за  счет варьирования зволяя существенно сократить расстояние
числа нанолистов, так и  с  помощью измене- между ними  – з​ адача, которую не  удавалось
ния их ширины. Таким образом определяется решить с помощью FinFET- или нанолистовых
тип транзистора: с  высокой производитель- структур. Благодаря уменьшенному расстоя-
нию между каналами n- и  p-типов архитекту-

6 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Микроэлектроника

ра с разделением канала позволяет и дальше ний (4,3 Т – ​tracks). Дальнейшая оптимизация
сокращать занимаемую прибором площадь структуры прибора предполагает сокращение
и увеличивать производительность. площади более чем на  20%. При моделиро-
вании реализации новой архитектуры в  кон-
Впервые моделирование стандартной струкции СОЗУ было продемонстрировано
ячейки подтвердило высокий потенциал ар- одновременное сокращение площади ячейки
хитектуры с разделением канала с точки зре- и увеличение производительности на 30% при
ния отношения «потребляемая мощность– ширине раздела каналов p- и n-типов в 8 нм.
производительность–занимаемая площадь»
(power–performance–area, PPA). Исследуемый По мере перехода от планарных архитектур
прибор ориентирован на технологический уро- к FinFET-архитектурам и далее к архитектурам
вень IMEC около 2 нм, стандартную библиотеку вертикально этажируемых нанолистов кон-
ячеек 5 T, шаг подключенных затворов 42 нм, цепция архитектуры с  разделением канала
шаг металлических токопроводящих доро- рассматривается как эволюционное, а не про-
жек – 1​ 6 нм. Предлагаемая конструкция вклю- рывное расширение. Нанолистовые приборы
чает в  себя дополнительные средства мас- создавались главным образом для улучшения
штабирования, такие как заглубленные шины контроля электростатики и  регулирования
электропитания и  контакты под круговую на- скорости передачи данных. Но  и  для FinFET,
крутку. По  сравнению с  нанолистовыми при- и для нанолистовой архитектуры большой за-
борами достигается увеличение быстродей- зор между каналами n- и p-типов представляет
ствия до  10% при постоянной потребляемой собой препятствие для дальнейшего масшта-
мощности и 24%-ное снижение потребляемой бирования. Прибор, использующий архитекту-
мощности при неизменном быстродействии. ру с разделением канала как один из вариан-
Повышение производительности частично тов решения этой проблемы, может считаться
объясняется уменьшением миллеровского «универсальным» КМОП-прибором для топо-
эффекта в  результате меньшего перекрытия логий 2 нм и менее. Дальнейшее масштабиро-
области затвора–стока. Уменьшение ширины вание может привести к появлению еще одной
зоны раздела каналов n- и p-типов можно ис- перспективной архитектуры на основе компле-
пользовать для уменьшения стандартной вы- ментарных (дополнительных) полевых транзи-
соты ячейки с  5 до  4,3 уровней межсоедине- сторов (complementary FET, CFET) (рис. 3) [2].

Работы в области магнитной
(магниторезистивной) памяти на эффекте
переключения спинового момента электрона

В первый день IEDM‑2019 на второй секции 1 Гбит, способный работать в диапазоне тем-
конференции было представлено несколько ператур от –40 до +110 ºC. Хорошо управляе-
докладов, посвященных технологии магнит- мый «разнос» операций считывания и записи
ной (магниторезистивной) памяти на эффекте (более 4s) обеспечивает долговечность 2×1011
переключения спинового момента электрона циклов записи–считывания и сохранение дан-
(STT-MRAM). Корпорация Everspin Technologies, ных в течение 10 лет при температуре +85 ºC.
один из  немногих коммерческих производи- Кристаллы этой ИС изготовлены по 28-нм тех-
телей этих схем, продемонстрировала надеж- нологическому процессу сингапурского под-
ный автономный (не  встраиваемый) прибор разделения корпорации GlobalFoundries (№2
для промышленных применений емкостью в рейтинге «чистых» кремниевых3 заводов).

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 7

Микроэлектроника «Плавниковый» полевой zet.instel.ru
транзистор (finFET)
«Плавниковый» полевой 6T 2F «Плавниковый» полевой
транзистор (finFET) транзистор (finFET)
7.5Т 2F BPR5T 1F

Нанолистовой полевой транзистор Полевой транзистор с разделенным Комплементарный полевой
(Nanosheet FET) каналом (Forksheet FET) транзистор (листовой, CFET)
BPR5T BPR5T
BPR4T [3T]

Источник: IMEC

Рисунок 3. Эволюция транзисторных структур – ​от «плавниковых» полевых транзисторов
до полевых транзисторов с разделенными слоями и структур с комплементарными
(дополнительными) транзисторами

Впервые подобный прибор был описан клов записи–считывания и предназначенные
на  Саммите производителей флэш-памяти для широкого круга применений.
(Flash Memory Summit) в  августе 2019 г.,
но  в  256-Мбит версии этажерка STT-MRAM На IEDM‑2016 специалисты Samsung пред-
формировалась со  смещением оси 1-й и  2-й ставляли доклад «Высокофункциональ-
линий записи, теперь же это смещение удале- ное и  надежное 8-Мбит STT-MRAM, встро-
но (рис. 4). енное в  28‑нм LPP4 логический процесс»
(Highly Functional and Reliable 8Mb STT-MRAM
Кроме того, спецификации эволюцио- Embedded in 28nm Logic). Так как этажерка
нировали от  питания 1,5  В VDD/VDDQ (пози- магнитного туннельного перехода (MTJ) ин-
тивное напряжение питания транзистора/ тегрирована в  металлизацию завершающих
напряжение питания на  выходных буферах этапов обработки пластины (BEOL5), на  на-
схемы памяти) DDR3 с  шариковыми выво- чальных этапах обработки (FEOL6) можно ис-
дами в  DDR3-конфигурации JEDEC к  питанию пользовать монолитный кремний (bulk silicon)
1,2  В VDD/VDDQ DDR4 с  шариковыми выводами или «кремний-на-изоляторе» (FD-SOI).
в DDR4-конфигурации JEDEC.
Хранение данных в  новых приборах
Свою версию 28-нм встраиваемого STT- Samsung основывается на  перпендикуляр-
MRAM с  высокой плотностью расположения ной магнитной анизотропии (perpendicular
элементов и  емкостью 1 Гбит, реализован- magnetic anisotropy, PMA), формируемой
ную по  технологии полностью обедненного анизотропией на  границе раздела слоев
«кремния-на-изоляторе» (fully depleted silicon- MgO и  CoFeB. Магнитное состояние сво-
on-insulator, FDSOI) представила корпорация бодного CoFeB-слоя может переключаться
Samsung. Технология встраиваемых MRAM в  параллельное (Р) или антипараллельное
(eMRAM) этой корпорации позволяет произ- (встречно-­параллельное  – А​ Р) по  отноше-
водить высоконадежные приборы с выходом нию к опорному (базовому) слою. В случае
годных более 90%, обеспечивающие хранение параллельности сопротивление низкое;
данных до 10 лет при долговечности 1×1010 ци- в противном случае – ​высокое. Переключе-

8 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Микроэлектроника

Внеосевая интеграция, 256 Мбит Туннельный Осевая интеграция, 1 Гбит
переход
Монослой х+1
Монослой х+1 Линии Линии
записи 2 записи 2
Межслойное
переходное Туннельный Межслойное Туннельный
отверстие x переход переходное переход
Слой смещения отверстие x
Монослой х
Межслойное Линии Межслойное Линии Источник: Everspin
переходное записи 1 Дополнительные переходное записи 1
отверстие слои MRAM отверстие

Монослой х монослоя туннельного
Межслойное переходное отверстие монослоя
Дополнительные перехода
слои MRAM Шаблон 1
Межслойное переходное отверстие монослоя

Туннельный переход Шаблон 1

Шаблон 2 Туннельный переход
Шаблон 2
Слой смещения

Шаблон 3 Канавка
Шаблон 3
Межслойное переходное отверстие туннельного перехода

Шаблон 4

Рисунок 4. Схематическое изображение 256-Mбит и 1-Гбит STT-MRAM-структур корпорации
Everspin Technologies на основе поперечного сечения, полученного при помощи просвечивающего
электронного микроскопа

ние осуществляется изменением направле- В марте 2018 г. Samsung объявила о нача-
ния тока (рис. 5). ле массового производства eMRAM по  соб-
ственному 28-нм FD-SOI-процессу. Скорость
В этажерке MRAM корпорации Samsung, записи у  этих приборов примерно в  1000
представленной в  докладе 2016 г., исполь- раз выше, чем у  встраиваемых схем флэш-
зовались магнитные туннельные переходы памяти, используется более низкое рабочее
с  одиночными слоями MgO и  CoFeB (CFB). напряжение благодаря отсутствию необходи-
Диаметр этих переходов составлял 38–45 нм, мости «проталкивать» заряд через диэлек-
нижний контакт электрода (BEC), как и  верх- трический слой. Для реализации процесса
ний, был выполнен из вольфрама (рис. 6). Судя потребовалось всего три дополнительных
по  докладу, представленному на  IEDM‑2019, слоя шаблона.
этот принцип сохранился.

Магнитное ОЗУ (MRAM) MRAM
управляемое магнитной ориентацией Электрод
«Свободный» слой
«Свободный» слой
«Опорный» слой
Туннельный переход MgO Источник: Applied Materials
«Опорный» слой туннельный
Высокое сопротивление переход
(состояние данных «1»)

Электрод

Туннельный переход

Низкое сопротивление
(состояние данных «0»)

Рисунок 5. Схематическое изображение базовых принципов и структуры STT-MRAM

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 9

Микроэлектроника zet.instel.ru

Al

Источник: Samsung Cu Cu
Cu
Магнитный
W туннельный
WW
переход

Нижний
контакт
электрода

Cu

Рисунок 6. Диаграмма и поперечное сечение STT-MRAM корпорации Samsung, полученное
с помощью просвечивающего электронного микроскопа

Корпорация GlobalFoundries продолжает тоустойчивость приборов превышает 500 Э
развивать различные виды MRAM в  рамках (эрстед, 79,5775 А/м).
своего процесса 22FDX. Ее доклад на IEDM‑2019
был озаглавлен: «Технологичность 22-нм FD- Корпорация Intel объявила об  интеграции
SOI встраиваемых MRAM для микроконтрол- MRAM в  свою технологию 22FFL (FinFET low
леров промышленных применений и приборов power – с​ оздание 22-нм приборов с малой по-
Интернета вещей» (Manufacturable 22nm FD-SOI требляемой мощностью на  основе FinFET).
Embedded MRAM Technology for Industrial grade В докладе, озаглавленном «Демонстрация про-
MCU and IOT Applications). Процесс 22FDX пред- цесса создания 2-Мбайт STT-MRAM матрично-
ставляет собой 22-нм технологию полностью го уровня и формирование характеристик для
обедненного «кремния-на-изоляторе», пред- использования в  качестве кэша 4-го уровня»
лагающую FinFET-подобные характеристики (2 MB Array-Level Demonstration of STT-MRAM
и  энергоэффективность по  стоимости, сопо- Process and Performance Towards L4 Cache
ставимой с  28-нм планарными технологиями Applications), в  частности, указывается, что
(площадь кристалла меньше на  20%, а  число размер магнитного туннельного перехода был
используемых шаблонов  – ​на  10%). По  срав- уменьшен с  ~80 до  ~55 нм (~70%). На  рис.  7
нению с  продукцией других изготовителей, показана масштабированная улучшенная эта-
производимые GlobalFoundries приборы на ос- жерка магнитного туннельного перехода.
нове FinFET требуют почти на  50% меньшего
числа слоев, формируемых иммерсионной В новых приборах корпорации Intel свобод-
литографией. Указывается, что 22-нм FD-SOI ный слой CoFeB размещается между двумя
еMRAM этой корпорации отличаются высокой границами разделов со  слоями MgO, что по-
функцио­нальностью и  надежностью при ис- вышает анизотропию и,  следовательно, удер-
пользовании в модулях, диапазон рабочих тем- живание данных. Синтетические антиферро-
ператур составляет от –40 до +125 °C, а магни- магнитные слои (synthetic antiferromagnetic
layers, SAF) повышают термостойкость и  ста-
билизируют намагниченность опорного слоя.

10 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Микроэлектроника

Доступный для записи ток, В
Источник: Intel
1×
Встроенная

энергонезависимая
память

0,7× Кэш 4-го
уровня
Размер магнитного
туннельного перехода

≤55 нм 70–80 нм

Рисунок 7. Схема масштабирования приборов корпорации Intel на магнитных туннельных
переходах, полученная на основе изображений просвечивающего электронного микроскопа

Масштабирование магнитного туннельно- растет, выходя за допускаемые спецификаци-
го перехода позволяет уменьшить ток записи, ями пределы, однако проблему можно устра-
но в то же время влияет на время записи. Со- нить за  счет настройки этажерки магнитного
ответственно, существует альтернатива выбо- туннельного перехода. Таким образом, кор-
ра в плане износа туннельного оксида между порация Intel продемонстрировала 2-Мбайт
более короткой длиной импульса при более матрицы приборов с  масштабируемыми маг-
высоком напряжении тока и  более длинным нитными туннельными переходами, соответ-
импульсом при более низком напряжении. ствующие спецификациям кэша 4-го уровня
Два этих значения устанавливают границы по  всему диапазону рабочих температур. Ча-
долговечности прибора по  отношению к  ча- стота появления ошибочных битов при дли-
стоте появления ошибок при записи данных тельности записи в  20 нс может корректи-
(write-error-rate, WER). роваться кодами исправления ошибок (error
correction code, ECC). Время считывания со-
При оптимизации технологии было обна- ставляет 4 нс, долговечность – ​1×1012 циклов
ружено явление «раздувания» напряжения, записи–считывания, а удерживание данных –​
соответствующее времени записи от  10 нс 1 с при температуре +110 °C [3].
до  ≤1  мкс. При этом WER кэша 4-го уровня

1. Davis Shannon. IMEC Shows Excellent Performance in Ultra-Scaled FETs with 2D-Material
Channel. Semiconductor Digest. News and Industry Trends, December 10, 2019:
https://www.semiconductor-digest.com/2019/12/10/IMEC-shows-excellent-performance-in-
ultra-scaled-fets-with‑2d-material-channel/

2. IMEC Presents Forksheet Device as the Ultimate Solution to Push Scaling Towards the
2nm Technology Node. IMEC-int.com, December 9, 2019: https://www.imec-int.com/en/
articles/imec-presents-forksheet-device-as-the-ultimate-solution-to-push-scaling-towards-
the‑2nm-technology-node

3. James Dick. IEDM’s Monday is MRAM Day. Semiconductor Digest. Daily, November 26,
2019: https://www.semiconductor-digest.com/2019/11/26/iedms-monday-is-mram-day/

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 11



zet.instel.ru Микроэлектроника

Новый проект ЕС в области
корпусирования оптики,
фотоники и электроники

Ключевые слова: ИС, корпусирование, MEMS, оптика, фотоника.

Европа в ходе конкурентной борьбы с США, Японией, Южной Кореей и КНР в значительной мере
утратила свои позиции в области микро- и радиоэлектроники и в настоящее время пытается
вернуть их, используя различные проекты – т​ акие как «Перспективные методы корпусирования
фотоники, оптики и электроники в целях обеспечения низких производственных затрат в Европе»
(Advanced Packaging for Photonics, Optics and Electronics for Low Cost Manufacturing in Europe,
APPLAUSE). Разработчики проекта исходят из того, что растущий спрос на все более сложные
системы и более совершенные корпуса и методы корпусирования может поддержать и даже
омолодить цепочку наращивания стоимости в области производства и корпусирования в Европе.
Этим проектом Европейский союз четко обозначил свои амбиции.

В рамках общеевропейской научно-иссле- фирм и  8  научно-исследовательских органи-
довательской инновационной программы заций (см. рисунок). Общий бюджет в  раз-
Horizon 2020 существует проект «Электронные мере 34  млн евро (приблизительно 37,4  млн
компоненты и системы для обеспечения евро- долл.) финансируется совместно программой
пейского лидерства» (Electronic Components Horizon 2020, национальными финансовыми
and Systems for European Leadership, ECSEL). ведомствами и  полупроводниковой промыш-
В  свою очередь, составной частью ECSEL яв- ленностью Бельгии, Германии, Нидерлан-
ляется проект «Перспективные методы кор- дов, Финляндии, Австрии, Франции, Венгрии,
пусирования фотонных, оптических и  элек- Латвии, Норвегии, Швейцарии и  Израиля как
тронных приборов в  целях обеспечения часть совместного проекта ECSEL [1, 2].
низких производственных затрат в  Европе»
(Advanced Packaging for Photonics, Optics and Исследователи корпорации ICOS Vision
Electronics for Low Cost Manufacturing in Europe, Systems (подразделение KLA Corp.) в  каче-
APPLAUSE; май 2019  – ​апрель 2022 г.). Цель стве ключевого направления выделяют гете-
проекта  – ​обеспечение Европе конкурентных рогенную интеграцию. В рамках стандартной
преимуществ в разработке электронных ком- технологии кремниевая пластина со  сфор-
понентов и  систем, а  также восстановление мированными на  ней ИС, датчиками и  дру-
европейской цепочки создания стоимости гими приборами разрезается на  кристаллы,
в  области производства и  корпусирования. которые, в свою очередь, корпусируются или
В  проект APPLAUSE, координируемый корпо- собираются в  модули. При корпусировании
рацией ICOS Vision Systems (г. Левен, Бель- на  уровне пластин большая часть процесса
гия), входит 31 партнер из  11 стран, включая выполняется на  целой пластине. Исследо-
12  крупных компаний, 11 малых и  средних ватели продолжают развивать данную тех-
нологию и  пытаются интегрировать в  этот

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 13

Микроэлектроника zet.instel.ru

Источник: APPLAUSE

Дислокация партнеров по проекту APPLAUSE

процесс фотонные и  оптические приборы и  меньших по  размеру межсоединений полу-
и интерфейсы. проводниковых датчиков, фотонных и  опти-
ческих приборов. Европейские исследователи
Предварительные работы в  этой области достигли в этом плане значительного прогрес-
начались в  2016 г. Нынешний проект демон- са – м​ ногие MEMS, такие как акселерометры,
стрирует стремление ЕС быть в авангарде ис- гироскопы, светочувствительные камеры,
следований в  области датчиков и  развития датчики давления и  РЧ-MEMS были впервые
соответствующих технологий. Отмечается, что разработаны и изготовлены именно в ЕС.
цель проекта – ​создание более экономичных

Проще, быстрее, дешевле

Проект Applause сосредоточен на  передо- пластин и  кристаллов, высокоточному корпу-
вых технологиях корпусирования и  сборки сированию фотоники, технологиями склеива-
комбинированной электроники, оптики и  фо- ния чувствительных компонентов оптики, кор-
тоники. Члены консорциума разрабатыва- пусирования медицинской и биосовместимой
ют новые методы, процессы и  инструменты фотоники, а также методами формовки и трех-
с  единственной целью: повысить производи- мерной интеграции при изготовлении опти-
тельность и удешевить производство. ческих компонентов. Кроме того, на повестке
дня  – р​ азработка концепций тестирования
В рамках ключевых технологических бло- и платформ оборудования для его проведения,
ков консорциум будет работать над решения- а  также анализ отказов, позволяющий соче-
ми по обработке и изготовлению ультратонких

14 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Микроэлектроника

В центре внимания: ICOS Vision Systems NV

ICOS Vision Systems NV – к​ омпания по производ-
ству полупроводниковых приборов в составе KLA
Corp.
Дата основания: 27 апреля 1987 г.
Штаб-квартира: г. Левен, Бельгия.
Число сотрудников: 353 (2018 г.).
Центры исследований и разработок: в Бельгии, Германии и Гонконге.
Офисы продаж и поддержки: в Японии, США, Сингапуре, Гонконге, Южной Корее и на Тай-
ване.
Производственные мощности: в Бельгии, Гонконге и Китае.

ICOS Vision Systems NV – в​ едущий мировой по- технологического процесса. Поддержива-
ставщик оборудования для визуального контро- ет шестистороннюю оптическую проверку
ля микросхем перед их использованием в  раз- и  включает проверку до  и  после размеще-
личных приложениях, таких как ПК, мобильные ния для максимальной точности сортиров-
телефоны или автомобили. ки кристаллов.

Системы ICOS выполняют двух- и  трехмерную • ICOS™ T3/T7  – ​инспекционная и  метроло-
проверку микросхем, пластин, солнечных бата- гическая система для корпусирования ИС.
рей, подложек, розеток и т. д. Обеспечивает высокоэффективный, полно-
стью автоматизированный оптический кон-
Компания предлагает автономные системы кон- троль корпусированных ИС.
троля, а также модули контроля для интеграции.
• ICOS™ T890  – ​инспекционная и  метроло-
Корпорация KLA-Tencor приобрела ICOS Vision гическая система для корпусирования ИС.
Systems NV в 2008 г. В составе KLA-Tencor ком- Обеспечивает высокоэффективный, пол-
пания производит следующие основные про- ностью автоматизированный оптический
дукты: контроль корпусированных ИС. Позволяет
точно определять окончательное качество
• ICOS™ F160  – ​система сортировки и  про- корпусирования широкого диапазона типов
верки кристаллов ИС. Включает в  себя ин- и  размеров устройств благодаря высокой
фракрасный контрольный модуль xSide™+, чувствительности 2D- и 3D-средств измере-
который обеспечивает обнаружение таких ния. Предлагает параллельную работу че-
серьезных дефектов для корпусирования тырех независимых инспекционных узлов
на  уровне пластины, памяти и  чистых кри- и  пункта сортировки компонентов, обеспе-
сталлов, как невидимые лазерные канавки, чивая высокую пропускную способность
трещины в  линии роста и  боковые стенки, и  экономически эффективную проверку
возникшие при использовании лазерно- компонентов.
го излучения на  предшествующих этапах

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 15

Микроэлектроника zet.instel.ru

тать масштабирование приборов и  специфи- ильская компания DustPhotonics, которая бу-
кации норм точности. Участники также будут дет отвечать за разработку высокоскоростных
работать над доказательством возможности приемопередатчиков данных со  сниженными
осуществления крупносерийного и  малоза- затратами на  производство. Обычно оптиче-
тратного производства оптики и  определени- ские волокна выравниваются по  лазерному
ем методов метрологии и  инструментальных затуханию, причем это выравнивание выпол-
средств перспективных технологий корпуси- няется активными методами. Разработчики
рования. предполагают использовать пассивные мето-
ды, что сделает процесс производства намно-
Технологии будут опробованы в шести вари- го проще и быстрее.
антах промышленного использования, после
чего все эти варианты будут проверены на тех- Четвертый и  пятый варианты относятся
нологичность. Работами по  первому вариан- к  сфере медицины. Здесь ведущими испол-
ту использования руководит компания AMS нителями стали компании Precordior (г. Турку,
(г. Премштеттен, Австрия). В их рамках создает- Финляндия) и  Cardiaccs (г. Осло, Норвегия),
ся миниатюрный встроенный 3D-датчик внеш- которые разрабатывают, соответственно,
него освещения для мобильных и носимых при- гибкие патчи (сенсоры в  виде пластыря) для
ложений. Второй вариант реализуется группой мониторинга работы сердца и  миниатюрные
фирм во  главе с  Integrated Detector Electronics инвазивные сердечные датчики. Наконец,
(г. Осло, Норвегия). Они разрабатывают высо- работы по  шестому варианту проводятся под
копроизводительный, недорогой и неохлажда- руководством финской компании Vaisala. Их
емый тепловой ИК-датчик для автомобильной цель – ​создание оптических модулей измере-
промышленности и систем видео­наблюдения. ния влажности с  экономичным корпусирова-
Третий вариант использования изучает изра- нием компонентов.

Степень готовности технологии и тестирование

Оценка зрелости технологий, разраба- Особые испытания потребуются и  для про-
тываемых в  ходе реализации программы, верки работы модулей оптического измере-
проводится по степени соответствия приме- ния влажности. В  то  же время встроенный
няемым в  НАСА уровням готовности техно- 3D-датчик освещенности для мобильных
логий7 (TRL). В основе лежит шкала от 1 до 9, и  носимых приложений, благодаря стреми-
где 9  – ​максимальный уровень готовности. тельному развитию рынка мобильной связи,
По мнению экспертов, проект Applause, в за- вероятно, в скором времени будет внедрять-
висимости от варианта использования, нахо- ся в массовое производство.
дится между уровнями 5 и 7. Указанные раз-
работки не  относятся к  фундаментальным Поскольку при разработке любой техно-
исследованиям, они ориентированы на кон- логии важны точные измерения и  контроль
кретные продукты. Пока трудно сказать, качества, компания RoodMicrotec (г. Нердлин-
какими перспективами коммерциализации ген, ФРГ) возглавит рабочий проект «Тести-
обладают те  или иные варианты. Так, гиб- рование, надежность, анализ отказов и  ме-
кий патч для кардиомониторинга практиче- трология» (Testing, Reliability, Failure Analysis &
ски готов к  промышленному производству, Metrology). Корпорация KLA будет поставлять
в  то  время как миниатюрному инвазивно- контрольно-измерительное оборудование,
му сердечному датчику, скорее всего, пред- а EV Group – ​работать над методиками соеди-
стоят длительные медицинские испытания. нения пластин, обеспечивающими их точное
совмещение.

16 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Микроэлектроника

Выводы и прогнозы

В течение первых шести месяцев проекта дут обладать демонстрационными или опыт-
членами консорциума были определены спе­ ными образцами продукции, разработанными
цификации и требования. В работах по каждо- с использованием передовых инновационных
му варианту использования разрабатываемых технологий и обладающими потенциалом ком-
технологий участвуют до  14 партнеров. Сле- мерциализации. Другие отраслевые партне-
довало определить, что требуется от каждого ры, включая ряд поставщиков полупроводни-
партнера, и  предоставить предварительные ковых приборов, оборудования и материалов,
проекты спецификаций. Несколько поставщи- работают над технологиями промышленного
ков знают, в  каком направлении двигаться, изготовления такой продукции (например,
и уже начинают работать над осуществлением технологическое оборудование, материалы,
своей части проекта. оборудование для управления процессом).
Полученные технологии также будут коммер-
По завершении трехлетнего проекта компа- циализированы [3].
нии-партнеры по каждому из направлений бу-

1. ARTEMIS Industry Association. Project Information: https://artemis-ia.eu/project/170-
APPLAUSE.html

2. APPLAUSE project. Project Information: https://applause-ecsel.eu/

3. Pelé Anne-Françoise. EU Project Targets Low-Cost Manufacturing Packaging. EE Times,
November 25, 2019: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1335324#

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 17

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ Материалы

Динамика рынка материалов
для пассивных компонентов

Ключевые слова: вывод, диэлектрик, материал, сырье, электрод.

Пассивные компоненты широко используются в электронной технике, и их производители, как
и производители других типов полупроводниковых приборов, предъявляют повышенный спрос
на материалы. По данным корпорации Paumanok Publications, стоимость основных материалов,
потребляемых при производстве пассивных компонентов в качестве диэлектриков, электродов
и т. д., в 2019 г. составит 10 млрд долл. На конденсаторы приходится до 70% спроса, остальное
используется при изготовлении резисторов, магнитов, датчиков и т. д.

К сырью для изготовления конденсаторов саторов используют один из  трех методов  –​
относятся металлы, керамика, пластмассы многоярусное расположение, намотка или
и углерод (см. таблицу). Руды или смолы пре- прессование. Это позволяет максимизиро-
образуются в порошки, пасты, слитки и листы, вать функциональность пассивных компонен-
с использованием которых в дальнейшем из- тов и обеспечить портативность современной
готавливаются блокировочные конденсаторы, электроники.
развязывающие конденсаторы, конденсато-
ры сглаживающих фильтров и  конденсаторы Активная площадь поверхности описанных
цепей питания современной электроники. материалов создается путем предваритель-
ной обработки сырья, в  первую очередь дро-
Пытаясь достичь требуемой площади по- бления (измельчения), травления и  металли-
верхности и  емкости, производители конден- зации.

Влияние материалов на издержки производства

Сырье влияет на  общую стоимость произ- оказать негативное влияние на величину при-
водства пассивных электронных компонен- были производителей электронных компо-
тов. Фактически на  диэлектрические мате- нентов. Однако производители компонентов
риалы, материалы электродов и  материалы или их клиенты (производители комплектного
выводов конденсаторов приходятся наиболь- оборудования – ​OEM и поставщики услуг про-
шие переменные затраты, связанные с произ- изводства электроники – ​EMS) редко облада-
водством электронных компонентов. ют возможностью отслеживать различные
подуровни цепочки поставок в  течение дли-
Любые колебания цен или ограничения до- тельного срока.
ступности этих основных видов сырья могут

18 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Перспективные материалы

Таблица
Основные исходные материалы, потребляемые
при производстве конденсаторов (2019 г.)

Материал Исходное Результат 1-го Результат 2-го Конечный продукт Конечное
Палладий сырье этапа обработки этапа обработки применение
Конструкционная Электрод
Серебро Руда Конструкционный паста PGM***-
порошок** Электрод керамический
Серебро Руда Конструкционная конденсатор
Конструкционный паста Вывод
Титанат Руда порошок (конденсатора) PGM-
Конструкционная керамический
Никель Керамика* Конструкционный паста Диэлектрческий конденсатор
порошок лист
Серебро Руда Титанатный шлам PGM-
Конструкционный Электрод керамический
Серебро Руда порошок Конструкционная конденсатор
паста Электрод
Титанат Руда Конструкционный PGM-
Тантал порошок Конструкционная Вывод керамический
Тантал Керамика паста (конденсатора) конденсатор
Алюминий Руда Конструкционный
Алюминий Руда порошок Конструкционная Диэлектрческий BME****-
Сложный Руда паста лист керамический
полиэфир Руда Конструкционный Конструкционный конденсатор
Полипропилен Смола порошок Титанатный шлам порошок
Выдавленная BME-
Углерод Смола Конструкционный Слиток проволока керамический
порошок Анодная фольга конденсатор
Углерод Слиток
Разделение– Катодная фольга BME-
восстановление Травление керамический
Разделение– Диэлектрическая конденсатор
восстановление Травление пленка
Изготовление BME-
листов экструзией Металлизация Диэлектрическая керамический
Изготовление пленка конденсатор
листов экструзией Металлизация
Углеродный анод Танталовый
Изготовление Конструкционный конденсатор
листов экструзией порошок
(полотно) Танталовый
Изготовление конденсатор
листов экструзией
Алюминиевый
Обжиг– конденсатор
восстановление–
активация Алюминиевый
конденсатор

PET*****-
пленочный
конденсатор

Мощный
пленочный
конденсатор

Суперконден-
сатор

* Полученная спеканием или сплавлением TiO2 с оксидами, карбонатами или гидроксидами соответствующих металлов, нагреванием
совместно осажденных гидроксидов, карбонатов, оксалатов.
** Конструкционные (структурированные) порошковые материалы.
*** PGM (platinum group metal) – ​металл платиновой группы.
**** BME (base metal electrode) – э​ лектрод из неблагородного (основного) металла.
***** Полиэфир.

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 19

Перспективные материалы zet.instel.ru

Металлы и диэлектрические материалы
для производства керамических конденсаторов

Металлы в  керамических конденсаторах • второй символ указывает на  максималь-
применяются для формирования электродов ную температуру (теоретический диапазон
и  выводов. Из-за специфической природы составляет от +45 до +200 °C), например 5
используемых металлов в  2019 г. они соста- (как в  X5R) соответствует +85  °C, а  7 (как
вили значительный сегмент спроса на  мате- в X7R) соответствует +125 °C;
риалы для пассивных компонентов. Рынок
многослойных керамических конденсаторов • третий символ указывает на  максималь-
(multilayer ceramic capacitors, MLCC) представ- ное значение изменения емкости в темпе-
ляет собой крупнейшее подмножество по- ратурном диапазоне компонента (марки-
ставщиков материалов с точки зрения продаж ровка R соответствует изменению ±15%,
в стоимостном выражении и рентабельности. а емкость компонентов с кодом, заканчи-
Этот рынок делится на  металлы платиновой вающимся на  V, может уменьшиться фак-
группы (PGM) и электроды из основных метал- тически на  82%, что объясняет, почему
лов (BME). Электродные материалы включают конденсаторы Y5V не так популярны).
палладий, палладий + серебро (PGM), никель
или медь (BME). В качестве материалов выво- В отличие от первых трех составов, предна-
дов обычно применяются серебро или медь. значенных для конденсаторов 2-го класса (со-
став Y5V относится к 3-му классу, диапазон ра-
Диэлектрические материалы керамиче- бочих температур от –55 до +105 °C, изменение
ских конденсаторов формируются главным емкости ±22%), состав C0G предназначен для
образом на  соединениях карбоната бария конденсаторов 1-го класса. Первый символ
и  диоксида титана, которые смешиваются обозначает температурный коэффициент, вто-
с  образованием титаната бария и  других ди­ рой (0)  – ​множитель температурного коэффи-
электрических систем согласования на  ос- циента, третий – д​ опустимое отклонение. Такие
нове керамики. Затем, после смешивания составы предназначены для конденсаторов,
с  различными добавками, диэлектрические используемых в прецизионных цепях. В их ра-
материалы преобразуются в составы, облада- бочем диапазоне (–55…+125 °C) емкость прак-
ющие рабочими характеристиками готового тически не  зависит от  температуры, времени,
конденсатора. Примеры подобных составов –​ напряжения и частоты. ТКЕ8=0±30×10–6/°C.
X5R, X6S, X7R, Y5V и COG.
Переменная в  системах химического со-
Относительно маркировки можно указать гласования в  конечном счете может быть
следующее: определена на  основе требования готового
конденсатора к  стабильности емкости и  тем-
• первый символ указывает на  самую низ- пературе. Тенденция за  последнее десятиле-
кую температуру, при которой может рабо- тие заключалась в изменении керамического
тать конденсатор, буква X (как в X7R и X5R) состава с целью обеспечения емкости в мень-
соответствует –55 °C; шем размере корпуса конденсатора.

PGM-керамика

Керамические конденсаторы с  PGM  – ​это из металлов платиновой группы с содержани-
приборы, у  которых электроды изготовлены ем палладия (отмечается, что на основе PGM

20 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Перспективные материалы

развивалась индустрия конденсаторов Герма- в  таких критически важных областях, как
нии, США, Франции и  Японии). Керамические автомобильная промышленность, авиакос-
PGM-конденсаторы могут иметь 100%-ные мическая промышленность, медицина, неф­
палладиевые электроды, 70%-ные паллади- тегазовая промышленность, космические
евые электроды или 30%-ные палладиевые спутники и  инфраструктура) заключаются
электроды, либо вариацию нагрузки с  сере- в том, что затраты будут увеличиваться в со-
бром в качестве баланса. ответствии с изменчивостью цен на матери-
алы палладиевых электродов и  серебряных
Выводы, используемые в  PGM-кера­ выводов. На  эти рынки существенное воз-
мических конденсаторах, в  основном явля- действие оказывает конъюнктура других
ются продолжением серебряных электродов, рынков  – ​прежде всего рынка каталитиче-
хотя небольшая доля выводов керамических ских нейтрализаторов отработанных газов
конденсаторов состоит из палладия и серебра автомобилей.
или платины и материала вывода.
Специалисты консалтинговой группы
Керамические диэлектрические матери- MarketEYE отмечают, что совсем недавно по-
алы, используемые в  PGM-керамических ставщики металлов платиновой группы инте-
конденсаторах, обычно представляют собой ресовались, почему потребление PGM в  пас-
твердотельные керамические материалы сивных компонентах выросло в  2019 фин. г.
или некоторые вариации состава из  карбо- и почему это не было предсказано отраслевы-
ната бария и  диоксида титана. На  основное ми экспертами. Более того, фактически было
сырье, потребляемое при производстве PGM- предсказано обратное, и  именно это создало
керамических конденсаторов, приходится высокую изменчивость цен на указанные ме-
60% общей стоимости мирового рынка этих таллы в июне 2019 г.
конденсаторов. Причина  – э​ кстраординар-
ная цена палладия в 2019 г. (почти в два раза Палладий, металл платиновой группы, до-
выше, чем два года назад  – о​ коло 1,5  тыс. бывается в  России и  Южной Африке, а  также
долл. за  тройскую унцию). На  палладий при- в  других регионах. Он используется в  основ-
ходится до 50% стоимости PGM-керамических ном для изготовления автокатализаторов
конденсаторов в системах с высокой устойчи- и  ювелирных изделий. Это наиболее распро-
востью к воспламенению. страненный материал электродов в  MLCC,
изготовляемых с  применением драгоцен-
Подобный уровень цен является почти за- ных металлов. Подобные конденсаторы
претительным, в силу чего PGM-керамические ориентированы на  рынки высоконадежных,
конденсаторы оказываются совершенно не- высокотемпературных и  высоковольтных
конкурентоспособными по  сравнению с  ке- применений. В 2012–2019 гг. палладий проде-
рамическими конденсаторами с  электрода- монстрировал крайне высокую изменчивость
ми из основных металлов наподобие никеля. цен, причем в  июне 2019 г. цена достигла пя-
Такие конденсаторы доминировали в  2017 г. тилетнего максимума (рис.  1). Высокие цены
в рентабельной части бизнеса MLCC высокой на сырье влияют на себестоимость производ-
емкости. При этом проблемные участки в про- ства MLCC, что стало основным мотивирую-
изводстве конденсаторов (доступность сы- щим фактором перехода на  никелевые элек-
рья) в целом привели к увеличению времени троды. Это наблюдается на  многих рынках
выполнения заказов во  всем мире. Соответ- конечного применения (таких как оборонная,
ственно, существующее ценообразование тре- космическая и  нефтегазовая электроника),
бует большего развития MLCC на BME. где конденсаторы с никелевыми электродами
ранее не использовались.
Перспективы использования PGM-кера­
мических конденсаторов (применяемых

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 21

Перспективные материалы zet.instel.ru

Источник: Paumanok Publications, June 2019 1800
Цена, долл. 1600
1400
1200
1000

800
600
400
200

Апрель 2012 г. Апрель 2013 г. Апрель 2014 г. Апрель 2015 г. Апрель 2016 г. Апрель 2017 г. Апрель 2018 г. Апрель 2019 г.

Рисунок 1. Динамика цен на палладий за тройскую унцию (31,1 г)

BME-MLCC-керамика

В керамических конденсаторах с  BME- ставка никеля важна для производства X5R,
электродами главным образом используются X6S, Y5V и X7R MLCC – о​ сновных конденсато-
никель или медь (для высокочастотных при- ров, используемых в смартфонах, планшетных
менений). Керамические конденсаторы, про- ПК и телевизорах.
изведенные с электродами из никеля, требуют
медных выводов. Из-за чрезвычайно высокой В целом цены на никель в период с апреля
цены на  палладий многие производители ке- 2012 г. по июнь 2019 г. снизились (рис. 2). Дол-
рамических конденсаторов (особенно с  вы- госрочная ценовая стабильность никеля указы-
соким содержанием палладия в  электродах) вает на экономическую целесообразность его
перевели производство на  электродные си- использования вместо палладия в электродах
стемы на  основе никеля, в  результате чего MLCC. Действительно, известно, что именно
продажи этих систем растут со  скоростью, быстрое изменение цен на  материалы в  рам-
превышающей темпы роста рынка в целом. ках существующих контрактов приводит к наи-
большему ущербу в цепи поставок конденсато-
Продажи сырья для производства BME- ров в период реализации данных контрактов.
керамических конденсаторов за  последние
20  лет резко выросли. В  течение следующих Тенденции цен на  медь. Медные конструк-
пяти лет они будут продолжать расти высо- ционные порошки также потребляются при
кими темпами в  силу большего внимания, производстве MLCC, но  как материал выво-
уделяемого увеличению выхода годных, и по- дов используются совместно с  электродами
вышению уровня рентабельности рынка MLCC никелевого типа  – в​   конструкции MLCC один
емкостью от 470 до 1000 мкФ. основной металл необходимо сочетать с  дру-
гим основным металлом. Таким образом, медь
Тенденции цен на никель. Никель – ​основ- и никель представляют собой важный дуэт ос-
ной электродный материал, потребляемый новных металлов. Использование меди в неко-
в  MLCC высокой емкости. Колебания цен торых системах электродов MLCC обусловлено
на  никель в  первую очередь обусловлены тем, что в  отличие от  никеля она немагнитна.
конкуренцией за  металл со  сталелитейной В целом цены на медь в период с апреля 2012 г.
промышленностью, где он используется как по  июнь 2019 г. имели тенденцию к  сниже-
легирующий элемент, способствующий повы- нию, причем в 2019 г. они опустились до почти
шению твердости сталей. В свою очередь, по- минимальных за  последние пять лет значе-

22 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Перспективные материалы

20000Цена, долл. Источник: Paumanok Publications, June 2019
18000
16000
14000
12000
10000

8000
6000
4000
2000

Апрель 2012 г. Апрель 2013 г. Апрель 2014 г. Апрель 2015 г. Апрель 2016 г. Апрель 2017 г. Апрель 2018 г. Апрель 2019 г.

Рисунок 2. Динамика цен на никель за тонну

ний  (рис.  3). Стабильность цен на  медь также бразности использования BME-MLCC вместо
свидетельствует об  экономической целесоо- PGM–MLCC – т​ ам, где это приемлемо.

Тантал

Согласно данным исследований корпора- ров. Затраты на  эти материалы составляют
ции Paumanok Publications, танталовые по- значительную часть удельных (на  единицу
рошок конденсаторного класса и проволока продукции) переменных издержек произ-
являются основным сырьем, потребляемым водства конденсаторов с  танталовыми ано-
при производстве танталовых конденсато- дами.

Цена, долл. 8000 Источник: Paumanok Publications, June 2019
7000
6000 23
5000
4000
3000
2000
1000

Апрель 2012 г. Апрель 2013 г. Апрель 2014 г. Апрель 2015 г. Апрель 2016 г. Апрель 2017 г. Апрель 2018 г. Апрель 2019 г.

Рисунок 3. Динамика цен на медь за тонну

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

Перспективные материалы zet.instel.ru

Тантал добывают в виде руды, а затем прода- ционных характеристик, ультрамалых разме-
ют промежуточным производителям металличе- рах корпусов и  стабильных режимах работы
ского порошка тантала конденсаторного класса в цифровой электронике.
и  проволоки, которые отделяют чистый тантал
от других элементов и примесей, таких как кис- Танталовая руда (танталит), используемая
лород, калий, азот и т. д., поэтому конечному про- в  производстве конденсаторов, в  основном
дукту присуща высокая степень чистоты. Танта- поступает из Центральной Африки. Другие из-
ловая проволока производится традиционными вестные месторождения находятся в  Австра-
методами волочения. Порошок и проволоку про- лии, Бразилии и Канаде. Основное применение
дают производителям конденсаторов, которые, танталита – ​порошок металлического тантала
в свою очередь, прессуют порошок в аноды. По- конденсаторного качества для изготовления
сле этого аноды отжигаются и к ним приварива- анодов конденсаторов.
ется танталовая проволока. Площадь поверхно-
сти танталового анода увеличивается за счет его Танталовые конденсаторы используются
пористой природы (он  состоит из  мельчайших в  коммуникационном сетевом оборудовании,
монокристаллических сфер). смартфонах, автомобильной, медицинской
и военной электронике. Общая тенденция цен
Перспективы рынка танталовых материа- на танталовую руду в период с апреля 2012 г.
лов в целом положительны, поскольку на ос- по  июнь 2019 г.  – ​понижение, в  2019 г. цены
нове данного материала можно создавать снизились почти до  минимума за  последние
конденсаторы большей емкости, чем у  вы- пять лет (рис. 4). Колебания цен на материалы
сокоемких BME-MLCC, рост продаж которых из  танталовой руды соответствуют увеличе-
зиждется просто на известности их эксплуата- нию потребления танталовых конденсаторов
для компенсации дефицита BME-MLCC.

Алюминий, оксид алюминия, боксит

При производстве алюминиевых конденса- травленую катодную фольгу, разделительную
торов требуются различные исходные мате- бумагу и  электролиты (обычно этиленгли-
риалы, включая травленую анодную фольгу, коль). Цена на  эти материалы сравнитель-

Источник: Paumanok Publications, June 2019 160
Цена, долл. 140
120
100

80
60
40
20

Апрель 2012 г. Апрель 2013 г. Апрель 2014 г. Апрель 2015 г. Апрель 2016 г. Апрель 2017 г. Апрель 2018 г. Апрель 2019 г.

Рисунок 4. Динамика цен на руду тантала за фунт (453,6 г)

24 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Перспективные материалы

но ниже, чем на  большинство равноценных сит. Алюминий  – ​основной материал подло-
(по параметрам) материалов. Самый дорогой жек почти всех толстопленочных бескорпус-
компонент при изготовлении алюминиевых ных резисторов (чип-резисторов), резисторов
конденсаторов – ​травленые анодные фольги, с  аксиальными выводами и  резисторов с  ра-
за ними следуют травленые катодные фольги. диальными выводами. Потребление алюми-
Этот факт объясняет, почему у  большинства ния в  ближайшие годы, по  всей видимости,
крупных производителей алюминиевых кон- будет демонстрировать устойчивый рост, по-
денсаторов имеются собственные производ- скольку этот металл все шире используется
ственные мощности для изготовления травле- в  кузовах автомобилей. Алюминиевые элек-
ных анодных и катодных фольг – в​  конечном тролитические конденсаторы  – ​важные ком-
итоге это помогает производителю конден- поненты источников питания, телевизоров,
саторов контролировать затраты. Рулоны компьютеров и  силовой электроники, вклю-
вытравленной анодной и  катодной фольги чая системы возобновляемых источников
скатываются вместе со  специальной пропи- энергии. По алюминию наблюдается избыточ-
танной электролитом бумагой, разделяющей ное предложение, его цена, хотя и подвержена
два типа фольги, а полученная скатка помеща- колебаниям, остается относительно стабиль-
ется в  алюминиевый цилиндрический корпус ной в течение длительного времени, при этом
с  присоединенными выводами и  прокладка- сейчас она значительно ниже своих максиму-
ми, расположенными в верхней части корпуса. мов 2012–2013 гг. Из-за торговой войны США
и  КНР в  апреле 2019 г. цены резко выросли,
Алюминий вырабатывается из  глинозема но быстро вернулись к норме (рис. 5).
(окись алюминия), также известного как бок-

Рутений

Рутений – ​это драгоценный металл (подоб- зования в  качестве катализатора крекинга,
ный палладию), в  основном потребляемый покрытия накопителей на  жестких дисках
в кристаллах толстопленочных гибридных ИС и в некоторых «экзотических» химических со-
и  сетях по  всему миру. Более 90% мирового единениях). Этот металл очень чувствителен
объема потребления металлического рутения к любым изменениям спроса и предложения
приходится на  резисторы (наряду с  некото- на  резисторы в  мировой высокотехнологич-
рыми дополнительными вариантами исполь- ной экономике, и  его значение как ориенти-

Цена, долл.
Источник: Paumanok Publications, June 2019
2500
2000
1500
1000

500

Апрель 2012 г. Апрель 2013 г. Апрель 2014 г. Апрель 2015 г. Апрель 2016 г. Апрель 2017 г. Апрель 2018 г. Апрель 2019 г.

Рисунок 5. Динамика цен на алюминий за тонну

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 25

Перспективные материалы zet.instel.ru

Источник: Paumanok Publications, June 2019 300
Цена, долл. 250
200
150
100

50

Апрель Апрель Апрель Апрель Апрель Апрель Апрель Апрель
2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г.

Рисунок 6. Динамика цен на рутений за тройскую унцию

ра для текущих рыночных условий не  следу- лировала с  дефицитом продукции на  основе
ет упускать из  виду грамотным аналитикам чип-резисторов (рис. 6). В 2018–2019 гг. цены
рынка. значительно повысились  – с​   40 до  250 долл.
за  тройскую унцию, что заставило клиентов
В период с  апреля 2012 г. по  июнь 2019 г. искать альтернативные конструкции резисто-
цены на  рутений были крайне нестабильны- ров, в том числе на основе никеля.
ми, причем их изменчивость напрямую корре-

Заключение и выводы

Долгосрочная стабильность цен на  никель Применение тантала также будет продол-
и  медь позволяет сделать вывод, что они жать расти в  качестве альтернативного диэ-
и в дальнейшем будут использоваться в каче- лектрика MLCC высокой емкости.
стве электродов MLCC и материалов выводов.
Никель и  медь будут по-прежнему вытеснять Изменчивость цен на  палладий и  рутений
металлы, характеризующиеся высокой измен- будет и  далее отталкивать проектировщиков
чивостью цен, такие как палладий. Таким об- от  использования этих металлов в  электро-
разом, прослеживаются хорошие перспективы нике, а  резкое повышение цен на  рутений
для никелевых электродных порошков и паст, в 2019 г. заставит многих искать альтернатив-
медных порошков и паст для выводов, а также ные конструкции компонентов, использую-
керамики, такой как составы X5R и X6S. щие вместо драгоценных металлов элементы
из нихрома.

Zogbi Dennis M. Raw Materials or Passive Components: June 2019 Outlook. TTI Inc.,
November 7, 2019: https://www.ttiinc.com/content/ttiinc/en/resources/marketeye/
categories/passives/me-zogbi‑20190711.html

26 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.





Вычислительная техника

Состояние
и перспективы развития
высокопроизводительных
вычислений

Ключевые слова: анализ данных, высокопроизводительные вычисления, вычислительные
возможности, моделирование, облачные серверы, суперкомпьютеры.

По мере снижения затрат и увеличения количества вариантов использования
высокопроизводительные вычисления (high performance computing, HPC) привлекают новых
пользователей. Расширенные возможности применения технологии включают системы HPC
на основе суперкомпьютеров, кластерные HPC и облачные службы HPC.

По данным исследовательской корпорации стремящихся получить глубокие знания в таких
Markets & Markets мировой рынок HPC увели- разнообразных областях, как геномика, вычис-
чится с 32,11 млрд долл. в 2017 г. до 44,98 млрд лительная химия, моделирование финансовых
в  2022-м. Среднегодовые темпы прироста рисков и  сейсморазведочные построения. Из-
в сложных процентах (CAGR) за данный пери- начально HPC привлекали ученых-исследова-
од составят 7,0%. Решения HPC могут легко об- телей, которым необходимо было выполнять
рабатывать большие объемы данных и широ- сложные математические вычисления, а теперь
ко поддерживать высокопроизводительный оказались в  центре внимания более широкого
анализ данных, кроме того, обеспечить более круга предприятий из множества отраслей.
быструю обработку данных с  высокой точно-
стью. Однако проблемы, связанные с безопас- Безусловно, не каждой компании требуются
ностью данных, могут повлиять на  скорость высокопроизводительные вычисления. Одна-
внедрения этих решений. ко если фирма занимается сбором, анализом
и распространением данных, а также зависит
На данный момент почти половина миро- от  надежных систем для поддержки оптими-
вых доходов от HPC приходится на Северную зированного рабочего процесса с  огромной
Америку. В  перспективе до  2022 г. ее доля вычислительной мощностью, то  ей без HPC
будет снижаться, доля Европы оставаться не обойтись. Хотя внедрение этой технологии
на прежнем уровне, а доля стран Азиатско-Ти- малыми и средними предприятиями – ​доволь-
хоокеанского региона – ​расти (см. рисунок) [1]. но редкое явление, она обладает огромным
потенциалом для организаций, которые гото-
В современном мире, управляемом данными, вы инвестировать в  технологические активы
высокопроизводительные вычисления стано- и опыт сотрудников.
вятся стартовой платформой для предприятий,

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 29

Вычислительная техника zet.instel.ru

C - ,
60 32,1
50 2016 2017 2018 2019 2020 2021 45,0
40 2022
30
20
10

0
2015

Географическая структура мирового рынка высокопроизводительных вычислений в 2015–
2022 гг. (2019 г. – о​ ценка, 2020–2022 гг. – п​ рогноз)

Как правило, варианты использования HPC портфеля. Другой вариант – а​ налитические за-
ориентированы на определенный тип модели- дачи, такие как определение рентабельности
рования. Это может быть моделирование воз- инвестиций в  рекламу или оценка эффектив-
душного потока вокруг крыла, сгорания топли- ности подразделений (корпорации). Варианты
ва в двигателе, планетарных погодных систем, использования могут классифицироваться как
ядерной реакции или оценка инвестиционного трансляционные или трансформационные.

Высокопроизводительные вычисления
без суперкомпьютера

Многие бизнесмены и  руководители ИТ- полняют вычислительные задачи. Процессо-
подразделений ошибочно полагают, что все ры, графические процессоры (GPU) и ресурсы
системы HPC основаны на  суперкомпьюте- памяти в  узлах связаны между собой, созда-
рах. Действительно, суперкомпьютеры, про- вая систему HPC.
изводимые такими компаниями, как Atos, IBM,
HPE/Cray и  Fujitsu, составляют основу много- Поскольку стоимость приобретения и  экс-
численных специализированных систем HPC, плуатации суперкомпьютера, а  также за-
однако более широко используемый подход казного ПО9 для него может легко достигать
заключается в  интеграции нескольких не- нескольких миллионов долларов, в  финансо-
больших компьютеров в  единый кластер для вом плане эта технология недосягаема для
обеспечения возможностей HPC. При таком большинства предприятий. В  свою очередь,
расположении каждый компьютер в кластере кластерные HPC, использующие относитель-
служит соединительным узлом. Каждый узел но недорогие взаимосвязанные компьютеры
обычно оснащен несколькими процессора- с готовым (приобретаемым на рынке) ПО, как
ми  – в​ ычислительными ядрами, которые вы- правило, более доступны для внедрения и экс-
плуатации. Тем не  менее приобретение даже

30 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Вычислительная техника

небольшого кластера HPC может означать для рять инвестиции в  высокопроизводительные
компании необходимость значительных инве- вычисления, университет решил обратиться
стиций  – н​ е  всегда оправданных, особенно к  облачным хранилищам. Подход оказался
в  случае, если потребности фирмы в  высоко- экономически эффективным и  очень гибким.
производительных вычислениях ограничены. «Облако» позволяет задействовать вычисли-
тельные ресурсы, необходимые для решения
Эта ситуация сейчас меняется. Предпри- определенной задачи, и выполнять эти вычис-
ятия, желающие получить доступ к  HPC без ления ровно столько времени, сколько требу-
ущерба для своих ИТ-бюджетов, теперь имеют ется.
возможность обратиться к  общедоступным
облачным сервисам, таким как Google Cloud, На другой стороне Атлантики Йоркский
Microsoft Azure, Amazon Web Services и  IBM университет (Великобритания) также решил
Cloud. Эксперты считают, что подобные сер- использовать облачный подход к HPC. Техно-
висы позволяют предприятиям пользовать- логия широко используется преподавателями
ся возможностями HPC для удовлетворения и  студентами факультетов биологии, физики,
своих бизнес-потребностей без значительных химии и  информатики, а  также лингвистами
инвестиций в  аппаратную инфраструктуру и  представителями ряда других дисциплин.
кластера HPC. Появление облачных сервисов В  настоящее время для анализа данных по-
в некоторой степени выровняло игровое поле следовательностей ДНК специалисты универ-
между малыми и крупными компаниями. ситета используют Google Cloud.

К примеру, Университет Северной Кароли- К облачным системам HPC предъявляются
ны в  Чапел-Хилле (США) уже давно полага- различные требования – ​одним нужно большее
ется на  свой локальный кластер высокопро- количество процессоров, другим  – ​больший
изводительных вычислений для поддержки объем памяти, при этом актуальным остается
исследовательской деятельности во  многих и сверхбыстрый доступ к диску. Некоторые ис-
областях науки, техники и  медицины. Тем следователи начинают заниматься методами
не менее, по мере того как потребности в ком- машинного обучения и  хотят задействовать
пьютерных исследованиях продолжают расти, разные архитектуры. Однозначным остается
пользовательский спрос начинает опережать одно: широкий круг пользователей, работаю-
существующие вычислительные ресурсы щих с  данной технологией, порождает потреб-
и емкость системы. Вместо того чтобы расши- ность в расширении вариантов пакетов услуг.

Высокопроизводительные вычисления
с применением суперкомпьютера

Хотя облачные сервисы HPC предлагают Университет Майами (США) недавно захотел
определенные преимущества, это не  всегда решить вопрос как с  конфиденциальностью,
лучший или наиболее логичный выбор для так и с необходимостью больших вычислитель-
предприятий, заинтересованных в безопасно- ных мощностей, чтобы инвестировать сред-
сти и  конфиденциальности. Существует ряд ства в новую локальную систему HPC на базе
опасений относительно того, где хранятся дан- суперкомпьютера. Самое главное, по  мнению
ные. Например, речь может идти об ограниче- университета, то, что исследовательские про-
ниях, накладываемых европейским регламен- екты с массивными многомерными наборами
том GDPR10. данных могут выполняться намного быстрее

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 31

Вычислительная техника zet.instel.ru

при помощи специально разработанных высо- подготовки. Кроме того, интеграция новой
копроизводительных суперкомпьютеров. системы с унаследованными системами11 хра-
нения всегда выводит на первый план старые
В августе прошлого года университет пред- недоработки, которые необходимо устранять
ставил свой новый суперкомпьютер IBM и подстраивать под собственные нужды [2].
Triton, основанный на серверах Power Systems
AC922. Более двух тысяч студентов и препода- Говоря о  HPC с  использованием супер-
вателей уже используют систему для работы компьютеров в  целом, необходимо рассмо-
над такими проектами, как прогнозирование треть рейтинг 10 наиболее производительных
климата, геномика, биоинформатика, компью- машин мира. В  нем пять систем приходит-
терное зрение и работа с ИИ. ся на  США, по  две на  КНР и  Европу и  одна  –​
на Японию (см. таблицу).
Хотя внедрение системы и было успешным,
специалисты столкнулись с  некоторыми пре- Надо отметить, что в  соревновании
пятствиями, которых может ожидать практи- по  производительности в  последние годы
чески любой пользователь HPC, независимо участвуют только американские и китайские
от объема его задач, области применения или суперкомпьютеры, при этом машинам КНР
вычислительных потребностей. Возникают удавалось несколько раз выйти на  первое
вопросы обучения пользователей и  их пере- место [3].

УПРАВЛЕНИЕ рабочими нагрузками HPC

Нельзя недооценивать важность выбора в  «облаке» или применяется комбинирован-
правильных инструментов управления ре- ный подход, выбор диспетчера рабочей на-
сурсами, которые позволяют организации грузки HPC для обслуживаемых типов задач
получать доступ и  оптимизировать сегмен- и требований к пропускной способности имеет
ты использования высокопроизводительных первостепенное значение. Диспетчер рабочей
вычислений. Специалисты считают, что неза- нагрузки способен автоматизировать плани-
висимо от  того, покупается  ли традиционная рование заданий, а  также функции управле-
аппаратная среда HPC, используется  ли HPC ния, мониторинга и отчетности [2].

1. High Performance Computing Market. MarketsandMarkets, Published Date: Aug 2019,
Report Code: TC2204: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/Quantum-
High-Performance-Computing-Market‑631.html

2. Edwards John. High Performance Computing: Do You Need It? Network World, October 4,
2019: https://www.networkworld.com/article/3444399/high-performance-computing-do-
you-need-it.html

3. Greene Tim. 10 of the World’s Fastest Supercomputers. IDG News Service, November 18,
2019: https://www.networkworld.com/article/3236875/embargo‑10-of-the-worlds-fastest-
supercomputers.html

32 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Вычислительная техника

Таблица
Рейтинг 10 наиболее производительных суперкомпьютеров
по состоянию на ноябрь 2019 г.

Место Название, расположение, Характеристики Источник: IDG News Service, ноябрь 2018, 2019
1 эксплуатирующая организация
2 Summit, г. Окридж, шт. Теннесси, Производительность 148,6 PFLOPS* (теоретическая
США, Окриджская национальная производительность 187,66 PFLOPS), энергоэффективность
3 научно-исследовательская 11,324 GFLOPS**. Архитектура: 2282544 ядра процессора
лаборатория Power (IBM) и 1382400 ядер ускорителей Volta GV100
4 (Nvidia)
5 Sierra, г. Ливермор,
6 шт. Калифорния, США, Создан корпорацией IBM. Производительность
7 Ливерморская национальная 94,6 PFLOPS. Архитектура: 1572840 ядер процессоров
8 научно-исследовательская Power9 (IBM) и 1382400 ядер ускорителей Volta GV100
9 лаборатория им. Лоуренса (Nvidia).
10 Sanway TaihuLight, г. Уси,
КНР, Национальный Создан Национальным центром по проектированию
суперкомпьютерный центр высокопроизводительных интегральных микросхем (国家
高性能集成微电路设计中心, г. Шанхай) Производительность
Tianhe‑2A (Milky Way 2A), 93,0 PFLOPS, энергоэффективность 6,051 GFLOPS.
г. Гуанчжоу, КНР, Национальный Архитектура: 40,96 тыс. процессоров Sanway 26010
суперкомпьютерный центр (на 64-разрядной китайской RISC-микроархитектуре
ShenWei). В каждом процессоре по 260 ядер
Frontera, г. Остин, шт. Техас, США,
Центр современных вычислений Создан Национальным институтом оборонных технологий
Техасского университета в Остине (国防技术研究所). Производительность 61,4 PFLOPS,
Piz Daint, г. Лугано, Швейцария, энергоэффективность 3,325 GFLOPS. Архитектура: 5 млн
Швейцарский национальный ядер процессоров Xeon E5–2692v2 (Intel) и Matrix‑2000
суперкомпьютерный центр (Intel)

Trinity, г. Лос-Аламос, шт. Нью- Система Dell C642 (Dell). Производительность 23,5 PFLOPS.
Мексико, США, Лос-Аламосская Архитектура: процессоры Xeon Platinum 8280 (Intel)
национальная научно-
исследовательская лаборатория Система CrayXC50 (Cray). Производительность 21,1
AI Bridging Cloud Infrastructure PFLOPS. Архитектура: центральные процессоры Xeon (Intel)
(AICI), г. Токио, Япония, и графичекие процессоры Tesla P100 (Nidia). Самая мощная
Национальный институт система в Европе
передовой промышленной науки
и технологии Производительность 20,2 PFLOPS, энергоэффективность
SuperMUC-NG, г. Мюнхен, ФРГ, 3,678 GFLOPS. Архитектура: процессоры Xeon и Xeon Phi
Суперкомпьютерный центр (Intel)
им. Лейбница
Создан корпорацией Fujitsu на основе серверов Primenergy
Lassen, г. Ливермор, CX 2550 с процессорами Xeon Gold (Intel) и графическими
шт. Калифорния, США, процессорами Tesla V100 (Nvidia). Производительность
Ливерморская национальная 19,9 PFLOPS, энергоэффективность 10,5 GFLOPS
научно-исследовательская
лаборатория им. Лоуренса Создан корпорацией Lenovo (КНР). Производительность
19,5 PFLOPS. Архитектура: процессоры Platinum Xeon
(Intel) и межсоединения Omni-Path (Intel). Самый мощный
суперкомпьютер на процессорах x86

Неклассифицированная сестринская версия машины
Sierra. Производительность менее 18,2 PFLOPS, но более
15,4 PFLOPS. Архитектура: процессоры Power9 (IBM)
и графические процессоры V100 (Nvidia)

* PFLOPS (petaflops) – ​петафлопс, возможность вычислительной машины или сети проводить 1 квадриллион (1×1024) вычислений
с плавающей точкой в секунду (FLOPS).
** GPFLOPS (gigaflops) – ​гигафлопс, возможность вычислительной машины или сети проводить 1 миллиард (1×109) вычислений
с плавающей точкой в секунду.

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 33

Автомобильная электроника

Перспективные системы
фронтального освещения:
переход на цифру

Ключевые слова: AFLS, электронные блоки управления, полупроводниковые
осветительные приборы, ходовые и габаритные огни, LiDAR.

Светодиодная технология быстро завоевывает популярность. Стоимость и размеры
готовых модулей постоянно уменьшаются, а энергоэффективность и яркость, наоборот,
увеличиваются. Полностью светодиодные фары в настоящее время уже устанавливаются
в маленьких автомобилях В-класса12. В сегментах автомобилей премиум-класса реализуются
усовершенствованные светодиодные матричные фары с более чем 50 светодиодами.

Сегодня технологии цифровой обработки (г. Лион, Франция), это соответствует средне-
формируемых источниками освещения лучей годовому темпу прироста в  сложных процен-
стали ключевой областью исследования для тах (CAGR) в  4,9% за  период 2018–2024 гг.
цепочки поставок приборов автомобильно- Рост обусловлен естественным снижением
го освещения. Они обеспечивают более ин- стоимости светодиодов в сочетании со значи-
теллектуальные функции освещения, более тельными усовершенствованиями светодиод-
безопасные конструкции с  адаптивными си- ных модулей, что привело к увеличению числа
стемами освещения (ADB13) и камерами, а так- транспортных средств, оснащенных твердо-
же позволяют использовать искусственный тельными системами освещения.
интеллект (ИИ) в  контуре фронтального ос-
вещения. Архитектура адаптивной системы Компания OSRAM Opto Semiconductors
фронтального освещения (AFLS14) объединя- (OSRAM OS, г. Регенсбург, ФРГ)  – ​один из  ве-
ет другие необходимые строительные блоки. дущих инновационных разработчиков и  про-
К ним относятся камеры и датчики, электрон- изводителей оптоэлектронных полупровод­
ные блоки управления (ECU15) и программное никовых приборов. OSRAM OS предлагает
обеспечение для эффективной обработки изо- широкий ассортимент самых современных ав-
бражений. Высокое разрешение в  сочетании томобильных светодиодов, лазерных диодов
с гибким программным обеспечением и широ- и  инфракрасных компонентов. Продуктовый
кой интеграцией датчиков создает опции, ко- портфель компании и  предлагаемые реше-
торые когда-то были немыслимы. ния охватывают широкий спектр применений
и предназначены для клиентов по всему миру.
Рынок автомобильного освещения в 2018 г. Представители Yole взяли интервью у  одного
составил 29 млрд долл. и, как ожидается, до- из вице-президентов OSRAM OS. В ходе беседы
стигнет 38,8 млрд в 2024 г. (рис. 1). По данным стороны обменялись своим видением рынка
исследовательской группы Yole Développement AFLS, технических проблем и проблем рынка.

34 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Автомобильная электроника

Передние фары 2024 г. – 38,8 млрд долл. Источник: Automotive Advanced Front-Lighting Systems 2019 report,
Задние фонари и стоп-сигналы Yole Développement, 2019
Системы внутреннего освещения 5,8 0,9 Твердотельные
Габаритные, стояночные и др. огни млрд млрд системы
Дополнительные центральные стоп-сигналы долл долл освещения 87%
Противотуманные фары
0,4 Традиционные
2018 г. – 29,0 млрд долл. млрд системы
долл освещения 13%
6,6
3,4 0,7 24,3 млрд
млрд млрд млрд долл
долл долл долл
0,7
0,4 4,9 млрд
млрд млрд долл
долл долл

Твердотельные 19,0 0,6
системы млрд млрд
освещения 66% долл долл

Традиционные системы освещения 34%

Рисунок 1. Прогноз рынка адаптивных систем фронтального освещения на 2018–2024 гг.

Yole: Tенденции развития прорывных тех- Yole: Сейчас появляется много разных ти-
нологий автомобильной промышленности пов технологий твердотельных осветительных
оказывают большое влияние на  использу- приборов (solid-state lighting, SSL). Они включа-
емые в  отрасли системы освещения. Оциф- ют в себя светоизлучающие диоды (СИД) для
ровка  – ​это мегатренд в  автомобильной дневных ходовых и габаритных огней, СИД для
промышленности, приводящий к  появлению фар ближнего и  дальнего света, отдельные
электромобилей и автономных транспортных СИД и матрицы СИД, матрицы микроСИД, СИД
средств. Какова деятельность OSRAM в  этой высокой яркости для цифровых микрозер-
сфере? кальных устройств, одиночные MEMS-зеркала
и лазерные диоды. Не могли бы вы кратко оха-
OSRAM OS: Osram  – о​ дин из  ведущих по- рактеризовать ваш ассортимент и прокоммен-
ставщиков автомобильных осветительных тировать его важность для будущего? Какая
решений. Помимо традиционных технологий, технология будет наиболее перспективной?
таких как галогеновые источники освещения,
мы работаем над различными светодиодны- OSRAM OS: В  настоящее время мы охваты-
ми решениями для всех автомобильных осве- ваем все основные области применения на-
тительных приборов – п​ ередних фар и задних ружного освещения. От соответствующих кли-
фонарей и стоп-сигналов. Мы рассматриваем ентов будет зависеть, какие технологии будут
широкий спектр традиционных технологий, успешными, а какие нет. Мы видим тенденцию,
а  также интеллектуально адресуемые компо- что количество приложений для освещения
ненты, такие как EVIYOS, первый в  мире ги- в  автомобильном секторе за  последние годы
бридный светодиод, состоящий из  1024 пик- увеличилось. Внутреннее освещение становит-
селей, каждый из  которых индивидуально ся все важнее. Жизненно важную роль через
управляется встроенной ИС. Это позволяет несколько лет будет играть технология связи
очень точно использовать фронтальное осве- и подключаемости «автомобиль-ко-всему» (car-
щение и повышает безопасность вождения. to-X16). Будет развиваться и обычное фронталь-

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 35

Автомобильная электроника zet.instel.ru

ное освещение. Мы убеждены, что с  каждым лее 25,0  тыс. пикселей с  индивидуальным
годом число автомобилей, оснащенных совре- управлением. Выход на рынок этой многопик-
менными световыми решениями, будет расти, сельной технологии запланирован на  2023 г.
поэтому и количество светодиодных приложе- Устройства второго поколения EVIYOS, поми-
ний на автомобиль будет увеличиваться. мо уже упомянутой очень точной AFLS, не ос-
лепляющей других водителей, смогут проеци-
Yole: В  вашем ассортименте продукции для ровать при движении символы или короткие
AFLS есть одна особенно привлекательная тех- сообщения высокой четкости на лобовое стек-
нология: EVIYOS, кристалл с  матрицей мини- ло машины. Что касается конечного использо-
СИД, содержащей 1024 пикселя. С  2017 г. вы вания, это снова зависит от соответствующих
представляли эту технологию на  нескольких клиентов. Существуют различные возможно-
мероприятиях, но  ни  в  одном серийном авто- сти использовать EVIYOS. Можно комбиниро-
мобиле она еще не появилась. Не могли бы вы вать несколько EVIYOS друг с другом, а также
уточнить, какие у  вас планы в  отношении это- комбинировать один из них с обычными СИД
го прибора? На  какие сегменты автомобилей фар. В  обоих случаях автомобильное осве-
вы ориентируетесь? Какие новые приложения щение поднимается на  новый уровень. Кро-
предполагается предложить? Как это облегчит ме того, современные технологии освещения
конструкцию фар? Сколько подобных кристал- имеют огромное влияние на  безопасность.
лов будет использовано на фару? Когда мы уви- Чем лучше водитель может видеть и  воспри-
дим технологию в  серийных автомобилях? Ка- нимать окружающую его среду, тем безопас-
кие автопроизводители в ней заинтересованы? нее управление. Помимо этого интеллекту-
альные световые решения могут обеспечить,
OSRAM OS: Первое поколение EVIYOS бу- например, проводку машины по узкой дороге
дет подготовлено к  серийному производству строительной площадки (рис. 2).
в  начале 2020 г. Но  мы уже работаем над
вторым поколением, которое будет иметь бо-

Источник: OSRAM Opto Semiconductor

Рисунок 2. Приборная панель в салоне автомобиля

36 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Автомобильная электроника

Yole: Лазерные источники освещения пред- взгляд, речь пойдет о  разработке оптоэлек-
лагают несколько преимуществ по сравнению тронных компонентов, которые обладают
с  традиционными технологиями освещения большей функциональностью, чем просто из-
и  СИД. Однако аспекты стоимости, безопас- лучение или обнаружение света. Мы суммиру-
ности и  ограниченного использования пред- ем эти функции под термином «компонент+».
ставляют собой серьезные препятствия для Хороший пример – ​уже упоминавшаяся техно-
интеграции. Не  могли  бы вы рассказать, как логия EVIYOS. Другой продукт, который демон-
будет развиваться применение лазеров в  ав- стрирует нашу деятельность в  этой области,
томобильном освещении? называется Osire E4633i, это RGB17-светодиод
со  встроенной интегральной схемой, способ-
OSRAM OS: В последние годы мы продемон- ный объединять более 4,0  тыс. СИД в  один
стрировали ценные свойства наших лазерных модуль и  реализовывать индивидуальные
компонентов, работающих в видимой области сценарии освещения. Это повышает удобство
спектра. В  то  же время СИД-решения стано- взаимодействия с автомобилем, а также улуч-
вятся все лучше и лучше. Так что, опять же, это шает некоторые функциональные аспекты.
выбор клиента, на какую технологию он будет Например, в  полуавтономных автомобилях
опираться. Благодаря обширному портфелю может возникнуть необходимость вернуть
продукции и многолетнему опыту в разработ- внимание водителей к  текущей дорожной си-
ке и производстве высококачественных изде- туации, чтобы избежать аварии или столкно-
лий клиенты найдут правильные решения для вения с другим автомобилем. Osire E4633i по-
своих приложений. зволяет с помощью динамического светового
потока привлечь внимание водителя к дорож-
Помимо этого, мы видим определенные ной ситуации.
перспективы для наших ИК-лазеров, особенно
в том, что касается распространения автоном- Уже сегодня мы можем предложить широ-
ного вождения. Мы лидируем на  рынке этих кий ассортимент продукции для автомобиль-
компонентов, и  нами уже выпущено 10  млн ных интерьеров. В ближайшие годы связь этих
лазерных микросхем без единого дефекта. приложений внутреннего освещения также
Мы находимся в  тесном контакте с  основны- станет более важной.
ми игроками в данной области, которые счита-
ют нас надежным партнером для их текущих Yole: В  автомобильной промышленности
и будущих разработок. Yole определила две тенденции. Первая – ​вне-
дрение новейших высоких технологий. Вто-
Yole: Одна из тенденций – и​ нтеграция СИД рое  – «​ светодиодизация» (LEDification) авто-
в матрицы для обеспечения пользовательских мобильного рынка. Какая тенденция станет
сценариев освещения. Чтобы сделать освеще- основным фактором развития рынка в  бли-
ние динамичным и  адаптивным, нам нужны жайшее время? Каким вы видите будущее пе-
дополнительные технологии, такие как каме- редовых автомобильных систем фронтально-
ры, датчики, микроконтроллеры, задающие го освещения?
ИС светодиодов, специализированные инте-
гральные схемы (ASIC) и  программное обе- OSRAM OS: Вероятно, в  ближайшие годы
спечение. Пожалуйста, поясните, как OSRAM сформируется не только одна большая тенден-
в  качестве поставщика компонентов второго ция, которая будет определять дальнейшее
уровня участвует в  этой тенденции? Каковы развитие автомобильной промышленности.
ваши ключевые роли? Какая самая важная Количество решений для наружного осве-
и дорогая часть или решение для интеграции? щения на  основе СИД будет увеличиваться,
особенно в  отношении малых автомобилей
OSRAM OS: Osram формирует эту тенден- или машин среднего класса. Кроме того, рас-
цию с  помощью различных разработок для пространение автономного и  полуавтоном-
внутреннего и  наружного освещения. На  наш

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 37

Автомобильная электроника zet.instel.ru

ного вождения оказывает огромное влияние ваем, производим и продаем источники света,
на  развитие систем безопасности, таких как световые модули и  сенсорные компоненты
лидары или перспективные системы помощи как в сегменте производителей комплектного
водителю (ADAS). В то же время практика ис- оборудования (OEM), так и  в  сегменте после-
пользования автомобилей значительно изме- продажного обслуживания. Имеются в  виду
нится – в​  связи со снижением роли водителя. традиционные и  СИД-решения. С  другой сто-
Вопросы интерьера станут намного важнее, роны, мы предлагаем и разрабатываем высо-
чем сегодня. В  связи с  этим наблюдается котехнологичные продукты и решения, напри-
тенденция встраивания в  автомобили мно- мер в  области обнаружения и  визуализации.
гих приложений, которые в  настоящее время Разработка технологических инноваций ве-
преимущественно задействованы на  рынке дется в тесном взаимодействии с клиентами.
мобильных устройств. К  таким приложениям Это позволяет учитывать их требования еще
относятся распознавание жестов, распозна- до начала производства новинок. Результат –​
вание лиц, мониторинг показателей жизне- постоянно расширяющийся ассортимент ав-
деятельности и  т. д. Помимо этого все более томобильной осветительной продукции, вос-
важной будет становиться технология car-to-X, требованной во всем мире, что и делает Osram
особенно в  автономных и  полуавтономных одним из мировых лидеров в области техноло-
транспортных средствах. Подводя итоги, мож- гий автомобильного освещения.
но сказать, что в ближайшие годы понятие мо-
бильности кардинально изменится, и  в  этом Yole: Какую роль и  место в  цепочке поста-
процессе важную роль будут играть высокока- вок вы отводите Osram OS?
чественные решения освещения.
OSRAM OS: Наша цель – ​удержать нашу по-
Yole: Во  второй половине 2018 г. OSRAM зицию номер один в автомобильном освеще-
и Continental создали совместное предприятие. нии. Основываясь на наших тесных взаимоот-
Мы видим много новых видов деятельности, ношениях с  клиентами и  производственном
которые характерны для поставщиков первого опыте, мы будем разрабатывать перспектив-
уровня. Намерена  ли OSRAM стать поставщи- ные продукты в сотрудничестве с партнерами,
ком первого уровня? Если да, то почему и в ка- чтобы формировать и  продвигать эволюцию
кой области вы видите новые возможности? автомобильного освещения во всех его аспек-
тах. В зависимости от конечного применения
OSRAM OS: Osram – л​ идер рынка продуктов мы будем полагаться на  имеющийся у  нас
и  решений для автомобильного освещения. опыт или  – ​в  отношении стратегии «компо-
С ними мы можем удовлетворить любые тре- нент+»  – с​ оздавать новые ноу-хау в  процес-
бования клиентов. Например, мы разрабаты- сах, далеких от производства ИС.

Lex Wolfgang interviewed by Vallo Martin. Advanced Front Lighting Systems (AFLS)
are Going Digital. Are Light Source Suppliers Ready? – A​ n Interview with OSRAM Opto
Semiconductors. I–Micronews Media, December 5, 2019: https://www.i-micronews.com/
advanced-front-lighting-systems-afls-are-going-digital-are-light-source-suppliers-ready-an-
interview-with-osram-opto-semiconductors/

38 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Автомобильная электроника

Прочные и термостойкие
компоненты для беспилотных
транспортных средств

Ключевые слова: беспилотное транспортное средство, камера, лидар, радар, специальное стекло.

В настоящее время в основе беспилотных автомобилей лежит несколько систем вождения.
У всех есть свои достоинства и недостатки – ​последние нивелируются лидарными системами.
Ключевую роль в развитии беспилотных транспортных средств играют высококачественные
компоненты.

Автомобильная промышленность выделя- кол, в  частности, специализируется фирма
ет огромное количество ресурсов на развитие SCHOTT): оно может быть подвергнуто слож-
беспилотных технологий. Ключ к  их продви- ной обработке, в результате которой обретает
жению – ​использование высококачественных новые свойства, такие как термостойкость,
компонентов, особенно изготовленных из спе- прочность и ударостойкость, возможность оп-
циального стекла (на производстве таких сте- тической передачи.

Сопоставление лидаров с радарами и камерами

Сейчас на  дорогах можно встретить два категории относятся автомобили, оснащенные
типа беспилотных систем вождения. К первой радиолокационными системами, автомати-

Источник: novuslight.com

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 39

Автомобильная электроника zet.instel.ru

чески снижающими скорость транспортного Лидары, использующие для сканирования
средства, если оно оказывается слишком близ- окружающей среды лазерное излучение, мо-
ко к впереди идущему автомобилю. Вторая ка- гут как рассчитывать расстояние до объектов,
тегория – а​ втомобили, оснащенные камерами, так и создавать точные 3D-облака точек скани-
которые интерпретируют изображения и  по- рования, которые нужно обработать для пони-
сле непродолжительного машинного обучения мания визуальной среды (в трехмерной систе-
способны идентифицировать велосипедистов ме координат – X​ , Y, Z – ​лазерным излучением
или пешеходов, а также «читать» знаки. создаются «опорные», или реперные точки,
расстояние до которых измеряется с высокой
Но и  радиолокационные системы, и  систе- точностью. Расстояние до  других точек, ко-
мы, основанные на камерах, имеют ряд недо- торое по  различным причинам (туман, дым-
статков, с которыми могут справиться лидары. ка, дождь, солнечные блики и  т. д.) не  может
Например, радиолокационная система может быть точно измерено, рассчитывается с  уче-
определить расстояние до объекта, но не мо- том их положения относительно ближайших
жет определить, что это за  объект. Системы к  ним «опорных» точек. Это, в  свою очередь,
на  основе камер испытывают определенные обуславливает высокие требования к  вычис-
затруднения при оценке расстояния, а  также лительной мощности и  быстродействию вы-
при идентификации пространства целиком. числительной составляющей или блока ли-
дарной системы). Взяв лучшее от  радарных
Безусловно, обе системы имеют свои пре- систем и систем на основе камер, лидары, при
имущества  – ​радиолокационная система использовании совместно с  ними, могут при
помощи водителю очень удобна, а  система поддержке искусственного интеллекта пред-
камер помогает решить ряд проблем, связан- ложить самый верный путь к полностью бес-
ных с  машинным обучением на  беспилотных пилотному вождению.
транспортных средствах. Полностью бес-
пилотные транспортные средства будущего, В настоящее время над технологиями на ос-
вероятно, будут включать в  себя как можно нове лидаров в той или иной форме работают
большее количество технологий, чтобы обе- более 100 компаний, от стартапов до крупных
спечить автомобиль резервными возможно- автопроизводителей. Но  поскольку лидар-
стями на  случай отказа какой-либо системы. ные исследования все еще находятся на  на-
Способность лидаров преодолевать недостат- чальной стадии развития, нет единого мнения
ки радиолокационных систем и систем на ос- о том, как эти продукты решат определенные
нове камер означает, что они способны лучше проблемы.
обеспечивать безопасность автомобиля.

Требования к стеклу, используемому в лидарах

Наиболее заметная для потребителя часть деформацию некоторых материалов. В  то  же
лидарной конструкции  – ​защитное стекло. время эти материалы должны обеспечивать
Оно изготавливается из  прозрачного матери- хорошую передачу излучения в  ближней ИК-
ала, который защищает другие компоненты области спектра, одновременно снижая потен-
от  повреждений. Важными свойствами та- циальные помехи от  окружающего светового
кой конструкции являются прочность и  тер- излучения видимого диапазона.
мостабильность. Конструкции должны быть
способны выдерживать удары камней, веток Специальное стекло отвечает этим требо-
деревьев, дождь и  град, а  также быстрые ко- ваниям, особенно в сравнении с полимерами.
лебания температуры, которые могут вызвать Микроструктура некоторых стекол обеспечи-
вает высокую прочность материала, а  также

40 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Автомобильная электроника

Источник: novuslight.com

исключает появление желтизны при длитель- Во многих лидарных системах для авто-
ном пребывании на  солнце. Существуют спе- мобилей используются легко доступные ла-
циальные покрытия для твердости материала, зерные диоды, работающие в двух частотных
а также антибликовые покрытия для увеличе- диапазонах ближней ИК-области спектра: 905
ния светопропускания. Все эти свойства в со- нм или 1550 нм. Автомобильные лидарные си-
вокупности обеспечивают длительную и  на- стемы отличаются от авиационных лидарных
дежную работу лидарных систем. систем, в которых наблюдается тенденция ис-
пользования более низких частот, частично
Свет, попадая на  лидарный блок, обычно захватывающих диапазон видимого светово-
направляется через серию зеркал и  свето- го излучения (благодаря этому на высоте сни-
делителей на  диод или датчик в  основании. жается риск того, что лидарные сигналы могут
Попутно он может проходить через фильтры повлиять на окружающую среду человека).
с целью снизить отношение сигнал–шум.

Требования к компонентам лидаров

Выбор в  пользу того или иного диода кой чистоты, способны обеспечивать коэф-
во  многом зависит от  политики разработки фициент передачи излучения порядка 92%.
компании-производителя. Диоды, рассчи- К примеру, используемое в качестве подлож-
танные на длину волны 1550 нм, потребляют ки лидарного фильтра «экостекло» D263 T
меньше энергии и имеют большую дальность позволяет достичь очень высокой прозрач-
действия, при этом их излучение меньше по- ности в  широком диапазоне, а  также подхо-
глощается водой. Но  они, как правило, до- дит для анодного соединения и химического
роже, чем 905-нм диоды. Для обеспечения упрочнения.
пропускания излучения сквозь фильтры
и  подложки очень важен состав материала Качество стекла  – ​ключевой показатель
подложки. Высококачественные стеклянные для оптических объективов, так как к  ли-
материалы, изготовленные из  сырья высо- дарным системам предъявляются высокие
требования относительно их производитель-

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 41

Автомобильная электроника zet.instel.ru

В центре внимания: SCHOTT

SCHOTT – в​ едущая международная технологиче-
ская группа, специализирующаяся на производ-
стве стекла и стеклокерамики.
Дата основания: 1884 г.
Месторасположение: г. Майнц, Германия.
Капитал: 2405 млн евро (2017–2018 гг.).
Инвестиции в исследования: 82 млн евро (2017–2018 гг.).
Численность сотрудников: 15485 чел. (2017–2018 гг.).
Направления деятельности: фармацевтика, потребительская электроника, оптика, про-
мышленное оборудование, естественные науки, автомобилестроение.

Компания обладает более чем 130-летним в  том числе бытовой техники, фармацевтики,
опытом разработки, материалов и  технологий электроники, оптики, естественных наук, ав-
и  предлагает широкий ассортимент высокока- томобилестроения и  авиации. Ее материнская
чественных продуктов и  интеллектуальных ре- компания, SCHOTT AG, находится в полной соб-
шений для многих отраслей промышленности, ственности Фонда Carl Zeiss.

ности и  надежности. Объективы должны приоритетным требованием является ком-
обеспечивать хорошее долговечное каче- пактность.
ство изображения независимо от  перепа-
дов температур или климатических условий. Высококачественные компоненты, особен-
Разработчики лидарных систем исследуют но стекло, должны стать основой для лидар-
атермические (нетепловые) объективы с вы- ных конструкций, поскольку это единственный
сокими показателями преломления и  асфе- материал, способный предложить уникальную
рические объективы  – е​ сли при разработке комбинацию свойств, необходимых для этих
систем.

Hardbarger Michael. Components with Strength and Thermal Stability for Autonomous
Vehicles. Novus Light, November 11, 2019: https://www.novuslight.com/components-with-
strength-and-thermal-stability-for-autonomous-vehicles_N9774.html#atop

42 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

Медицинская электроника

Бионические ИС
с ультрамалой потребляемой
мощностью для лечения
нейродегенеративных
заболеваний

Ключевые слова: бионический кристалл, болезнь Альцгеймера,
когнитивность, нейрон, функции мозга.

Международная исследовательская группа под руководством ученых Университета Бата
(Великобритания) создала в лабораторных условиях первые искусственные нейроны. Эти
миниатюрные приборы предназначены для восстановления нервных цепей и утраченных
функций головного мозга. Ученые планируют использовать такие бионические (биоэлектронные)
кристаллы ИС для лечения как сердечно-сосудистых, так и нейродегенеративных заболеваний,
в первую очередь болезни Альцгеймера.

Болезнь Альцгеймера – э​ то нейродегенера- вут около 5,4  млн взрослых людей. Болезнь
тивное заболевание, заключающееся в  про- характеризуется прогрессирующей потерей
грессирующей гибели нейронов, что приводит памяти и  деградацией других когнитивных
ко  все более тяжким последствиям в  плане функций, что приводит к  ухудшению повсед-
когнитивных, поведенческих и  двигательных невной деятельности человека. В настоящее
возможностей человека. Болезнь разруши- время нет никаких методов лечения, обеспе-
тельна не  только для пациентов, но  и  для их чивающих выздоровление страдающих бо-
семей. Она по-прежнему трудно поддается ле- лезнью Альцгеймера. Правда, есть клиниче-
чению, но  исследователи постоянно изучают ские подходы, позволяющие продлить время
новые нанотехнологические решения, стре- осуществления людьми своей повседневной
мясь улучшить качество жизни жертв заболе- деятельности.
вания.
Электрические свойства биологических
Согласно исследованию организации клеток уже давно изучены, что дает понима-
Trust Source, проведенному в  2016 г., каж- ние внутриклеточной динамики. Построению
дые 66 секунд у  одного человека в  мире на- количественных вычислительных моделей
чинает развиваться болезнь Альцгеймера. до  сих пор препятствовали трудность изме-
По  оценкам аналитиков, в  настоящее время рения микроскопических параметров, управ-
с этим заболеванием в общей сложности жи- ляющих динамикой ионных токов, и нелиней-

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 43

Медицинская электроника zet.instel.ru

ность ионной проводимости. Это затрудняет сосредоточены на  обобщении модели Ход-
создание нейроморфных приборов, способ- жкина–Хаксли (HH) в приложении к многока-
ных точно воспроизвести реакцию биологиче- нальным моделям.
ского нейрона.
В любом очаге возникновения какого-ли-
Растущее внимание к  имплантируемой бо дегенеративного заболевания (такого как
биоэлектронике для лечения хронических за- болезнь Альцгеймера), когда нейроны пере-
болеваний стимулирует работы по  созданию стают нормально работать из-за возраста, бо-
твердотельных аналоговых устройств с малой лезни или травмы, существует теоретическая
потребляемой мощностью, способных точно возможность заменить неисправную биоло-
имитировать естественные биологические гическую схему синтетической. Создаваемые
схемы. разработчиками кристаллы представляют со-
бой миниатюрные приборы на  основе крем-
Наиболее перспективным способом мгно- ния, смоделированные на биологических ион-
венной интеграции необработанных нервных ных каналах и имитирующие работу реальных
стимулов, независимо от  размера и  сложно- нейронов. Цель состоит в том, чтобы эти кри-
сти системы, является аналоговая асинхрон- сталлы исправляли повреждения, вызванные
ная электроника. Кроме того, в  последнее дегенеративными заболеваниями, за  счет
время усилия по построению количественных восстановления основных функций нервных
нейронных вычислительных моделей были

а) б)
Умножитель тока

Источник: Nature Communications Умножитель тока г) в)
д) е) ж)

Рисунок 1. Биометрический твердотельный ионный канал. Проводимость ионных частиц α
модулируется активационным затвором и инактивационным затвором (а). Чистый ионный ток
Ia представляет собой разницу между током активации (Im) и током инактивации (Ih). Функция
Хевисайда θ() указывает на то, что источник стабилизированного тока типа «токовое зеркало»
выводит положительный ток Ia, когда Im>Ih, и 0 в противном случае. Электрическая эквивалентная
схема мембраны нейрона (б). Структурные схемы подцепей: времени восстановления затвора (в),
источника стабилизированного тока типа «токовое зеркало» (г), усиления по току (д), усилителя
тока, управляемого напряжением (е), и сигмоидальной активации–инактивации (ж)

44 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

zet.instel.ru Медицинская электроника

а) Напряжение, В
Скорость изменения
1,8 напряжения, В×мс–1
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6

5 пА
100 мс

б)

0,5 В

5 пА г) д)
100 мс
6
в)
3
0,5 В

0

–3 0,8 1,2 1,6
0,4 Напряжение, В

Рисунок 2. Двойной эксперимент с твердотельным нейроном. Мембранное напряжение
подпорогового нейрона (черная линия), стимулированное действующим протоколом,
смешивающим гиперхаотические колебания со скачками тока (синяя линия) (а). Мембранное
напряжение, предсказанное моделью для другого тока (б). Подробности колебаний напряжения
мембраны (в). Предсказанная временная зависимость нескольких переменных состояния (г).
Фазовый портрет потенциалов действия над окном ассимиляции (д)

цепей. На  практике они представляют собой ческой ИС может работать без батареи, полно-
соединительные мостики в  местах прерыва- стью полагаясь на  сбор энергии из  окружаю-
ния нервного канала. щей среды.

Потребляемая мощность рассматрива- Следующей целью работ ученых наме-
емых имплантатов на  основе бионических чено изучение менее инвазивных и  нехи-
кристаллов ИС составляет всего 140 нВт, рургических методов применения глубокой
что составляет примерно одну миллиардную стимуляции мозга. Это облегчит пациентам
часть энергии, необходимой усредненному с болезнью Альцгеймера доступ к новому ме-
микропроцессору. Значимость ультранизкого тоду лечения и упростит поддержку внедрения
энергопотребления в том, что кристалл биони- в него искусственного интеллекта.

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 45

Медицинская электроника zet.instel.ru

Твердотельные нейроны идентичны био- в  определенное время различные сигналы,
логическим при стимуляции широким диапа- а  также измерять частоту сердечных сокра-
зоном существующих алгоритмов, имитиру- щений и кровяное давление, уровень глюкозы
ющих среду мозга. В  перспективе проблемы, в крови и многое другое. В целом можно счи-
безусловно, будут охватывать эффективность тать, что путь к  полному излечению от  «худ-
отклика (реакции) и  совершенствование мо- шей болезни всех времен» становится все бо-
дели с  помощью инструментов глубокого об- лее эффективным. Прогресс наноэлектроники
учения. Первые кремниевые нейроны стали позволяет «оцифровать» людей, делая их все
примером т. н. биоэлектронной медицины, ко- более «подключенными» к  различным сетям
торая с помощью искусственных материалов и приборам.
имитирует естественные схемы и  процессы.
На рис. 1 и 2 показано исследование схемного В рамках проведенных работ ученые Уни-
анализа и соответствующее моделирование. верситета Бата тесно сотрудничали с коллега-
ми из Цюрихского университета (Швейцария),
Рассматриваемый бионический кристалл Оклендского университета (Новая Зеландия)
ИС представляет собой технологический ска- и  некоторыми итальянскими исследовате-
чок в  области внедрения наноэлектроники лями. Вместе они разработали первые ис-
в  медицину. Кроме того, существует возмож- кусственные нейроны, предназначенные для
ность установки GPS и  других решений для восстановления функций, нарушенных раз-
управления несколькими жизненно важными личными нейродегенеративными заболевани-
параметрами. Все это обеспечивается преиму- ями, такими как болезни Альцгеймера и Пар-
ществами микроэлектроники и решений с уль- кинсона. Статья, описывающая результаты
транизкой потребляемой мощностью. Рассма- исследований, была опубликована в журнале
триваемые кристаллы могут активировать Nature Communications.

Di Paolo Emilio Maurizio. Ultra-low Power Bionic Chip Treats Alzheimer’s. EE Times,
December 5, 2019: https://www.eetimes.com/ultra-low-power-bionic-chip-treats-alzheimers/

46 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.

Военная электроника

Освоение монтируемых
на шлем биноклей ночного
видения в сухопутных
войсках США

Ключевые слова: монтируемые на шлем бинокли, приборы
ночного видения, прицелы, дополненная реальность.

В г. Форт-Райли, шт. Канзас, была впервые испытана в полевых условиях новейшая технология
ночного видения сухопутных войск (СВ) США – м​ онтируемый на шлем бинокль, обеспечивающий
улучшенную видимость в сложных условиях (задымление, пыльные бури и т. д.), работающий
при любой степени освещенности и даже позволяющий солдатам вести огонь за угол. Более
640 таких биноклей ночного видения и прицелов, известных как «семейство оружейных
прицелов» (The Family of Weapon Sights18), получили на вооружение разведчики и пехотинцы
2-й бронетанковой бригады 1-й пехотной дивизии, для которых был проведен вводный курс
по обращению с новым устройством.

Сержант-майор19 СВ США Майкл Гринстон монокулярная конструкция, и  более четкое
посетил Форт-Райли, чтобы обсудить вопрос изображение, чем у старых приборов ночного
об использовании новых биноклей в полевых видения. Бинокль может работать автономно
условиях. Эти приборы необходимы солдатам (от аккумулятора, который крепится к задней
для повышения боевой эффективности отде- части шлема) не  менее шести часов, причем
ления (9 человек) (см. рисунок). может использоваться в  любое время суток.
Вес устройства – ​около 1,5 кг.
По мнению сержант-майора, новое устрой-
ство повысит выживаемость солдат на  поле Представителями военного подразделения,
боя и  значительно увеличит эффективность известного как PEO Soldier20, была подготов-
огня. лена презентация, в  которой сообщается, что
новейшие бинокли позволят солдатам иметь
Бинокль состоит из двух смотровых трубок, лучший обзор поля боя (порядка 1,5  км даже
монтирующихся на солдатский шлем, причем в  условиях задымления или пыльной бури).
для использования их необходимо опустить Соответственно, будет повышена точность
на  уровень глаз. Прибор оснащен дисплеем, и кучность ведения огня.
состоящим из  усилителя изображений (види-
мого и  тепловизионного), передаваемых не- Новые устройства оснащены технологией
посредственно в  окуляры бинокля. Это обес­ дополненной реальности: на  отображаемой
печивает лучшее восприятие глубины, чем на  окулярах бинокля интерактивной карте от-

Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г. 47

Военная электроника zet.instel.ru

Источник: Star and Stripes newspaper (ежедневная газета МО США)

Отдача приказа во время проведения учений с использованием новейших биноклей ночного
видения, 10–12 июля 2019 г.

мечены союзники, и солдаты могут распознать Новое устройство объединяет традици-
свое окружение (свой–чужой), а  также место- онную военную систему картографирования
нахождение союзников без необходимости и  технологию дополненной реальности. Так,
покидать укрытие. Бинокль ночного видения солдату не  нужно делать остановок для про-
не требует обязательного наличия внешнего ос- верки карты, он просто опускает бинокль
вещения. Устройство способно работать даже и  выбирает путевую точку. Далее устройство
в  сложнейших условиях уличного боя: задым- самостоятельно выполнит все необходимые
ленных тоннелях, разрушенных зданиях и др. вычисления и  расчеты, выберет кратчайший
и безопасный путь, сократив время, необходи-
Пульт дистанционного управления, уста- мое для достижения цели.
навливаемый на  оружие солдата, позволяет
переключаться между режимами просмотра Именно с  целью проверки возможностей
и  отображением в  режиме реального време- нового устройства и  были проведены мас-
ни на  поле боя. Также через режим настроек штабные полевые испытания, во  время кото-
на пульте можно выбрать режим, при котором рых отрабатывалась новая методика обрат-
солдат будет видеть в  бинокль то, что вид- ной связи с  солдатами, протестировавшими
но через прицел на его М4. Это означает, что и  опробовавшими новое оборудование. Бла-
солдат армии США может вести огонь на  по- годаря ей обновления для следующей версии
ражение, не  покидая укрытия. Оптика нового бинокля вносились иногда в  течение недели.
прицела, монтируемого на оружие, весит око- В целом же процесс освоения прибора занял
ло 0,5 кг. Помимо этого устройство оснащено полтора года и  включал в  себя сотрудниче-
цифровым магнитным компасом. ство между PEO Soldier и Командованием мо-

48 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.