Innehåll
Källa: Red150770 / Dreamstime.com
Hämtmat:
Den nuvarande produktionen av kiselchips uppgår till cirka 20 miljarder per år. Det kanske inte räcker för det expanderande internet. Svaret kan ligga i ed elektronik.
Sedan den digitala datorns början har innovatörer letat efter större datorkraft och effektivitet. ENIAC använde nästan 18 000 vakuumrör och kunde göra beräkningar på några sekunder som skulle ha tagit veckor av mänsklig ansträngning. Transistorer minskade senare storleken och kostnaden för elektroniska enheter. Och den integrerade kretsen fortsatte från att innehålla bara en handfull transistorer och logiska grindar till miljarder på ett chip. Men nästa stora språng inom datorteknologi kan handla mer om allestädes närhet än kraft.
Lösningen? Sensorer, sensorer överallt! Professor Donald Lupo från Tammerfors tekniska universitet (TUT) i Finland arbetar med idéer som underlättar utvecklingen av tingenes Internet (IoT). Den nuvarande produktionen av kiselchips uppgår till cirka 20 miljarder per år. Men i väntan på kravet på biljoner sensorer arbetar prof. Lupo och hans kollegor med ett bredare koncept. Deras projekt är inriktade på Internet of Everything (IoE). (För mer om IoT, se Vad är de bästa drivkrafterna för tingenes internet (IoT)?)
Jag blev fascinerad av prof. Lupos arbete efter att ha läst en IEEE-artikel som han intervjuades för. För att möta de ökande kraven på anslutning på begäran arbetar prof. Lupo och hans team för att möjliggöra lågkostnadsmässigt, miljömässigt hållbar allestädes närvarande elektronik. TUT, beläget i Finlands tredje största stad, Tammerfors, är rankat 11th i världen när det gäller branschsamarbete. Professor Lupo är involverad i två projekt där i TUTs Laboratory of Future Electronics. Jag utnyttjade min vänskap med den mångtaliga professorn för att fråga honom om dem.
Professor Lupo: ”En kallas ed, energy Autonomous UniversaL (PAUL) -plattform för multifunktionella trådlösa sensorer och enheter, som är ett 5-årigt projekt som finansieras av Tekes och syftar till att utveckla tekniken för att möjliggöra Internet of Everything. Den andra är en stor Tekes-finansierad ”Strategisk öppning” kallad The Naked Approach, koordinerad av VTT och med University of Oulu, Aalto University, Demos Helsinki och University of Lapland som deltar utöver TUT. Projektet tittar mer globalt på visionen om att gå från ett gadgetfokuserat samhälle till ett gadgetfritt hyperförbundet liv, där tjänsterna visas efter behov och försvinner när de inte längre behövs. ”
Professor Paul Berger från Ohio University har tillträtt ett FiDiPro-professorat vid TUT. Professor Lupo och Berger samt deras team kommer från olika bakgrunder och områden för att bilda en tvärvetenskaplig, internationell strategi för teknisk innovation. PAUL-projektet har fyra mål:
- Förbättrad energiskörd
- Elektroniska enheter med hög hastighet
- Hybrid integrationsteknik
- Full integration av atom-lager deposition (ALD)
Det här handlar om elektronik. Internet of Everything kommer att använda sensorer överallt och överallt. Jag frågade professor Lupo om de största hindren för integration av ALD och massproduktion av höghastighetselektroniska enheter. (För mer information om IoT-enheter, se Är bärbara enheter en hot mot företagens nätverk?)
Professor Lupo: ”Hinder under lång tid var det faktum att det var en mycket långsam serieprocess där man behövde lägga ner material i huvudsak ett atomskikt åt gången och pumpa ut reaktionskammaren varje gång. Nyligen ledande tillverkare av ALD-utrustning (t.ex. Picosun och Beneq, båda finska företag, men jag tror också andra är aktiva) har utvecklat kontinuerliga ALD-maskiner och till och med rull-till-rull-maskiner som kan deponera på flexibla underlag. Det finns fortfarande arbete på detta område och vi arbetar aktivt med kombinationen av ALD och ing, men för tunna filmer (inte mer än några tiotals nanometer) tror jag att det kan vara en bra tillverkningslösning. ”
Professor Lupo har hört rykten om att ALD redan har använts i kiselchipproduktion sedan 2007. Men PAULs ed elektronik är något annorlunda. Min nästa fråga: Föreslår han slutet på kisel?
Inga buggar, ingen stress - din steg-för-steg-guide för att skapa livsförändrad programvara utan att förstöra ditt liv
Du kan inte förbättra dina programmeringsfärdigheter när ingen bryr sig om mjukvarukvalitet.
Professor Lupo: "Absolut inte! Eller åtminstone inte dess ersättning med ing. Tätheten för enheter du får på CMOS-chips i datorer är fantastisk och detsamma är hastigheten. ing kommer alltid att ha större strukturer och därför färre chips. Så big data-crunching (datorer, servrar) kommer förmodligen att vara CMOS under lång tid, och ersättningen kan vara något helt annat baserat på kvantfenomen. ed elektronik kommer att öppna upp områden för elektronik och allestädes närvarande intelligens där kisel redan är för kraftfullt och överdimensionerat. ”
Det andra projektet i prof. Lupos portfölj arbetar hand i hand med ed elektronik. “The Naked Approach” använder sig av sensorer överallt och överallt där användaren går. Föreställ dig en digital värld utan prylar. Oavsett om det är hemma, på jobbet, i köpcentret, på en restaurang eller till och med promenader på gatan, tjänsterna materialiseras vid behov och försvinner sedan när användaren är klar med dem. Denna YouTube-video illustrerar konceptet. Webbplatsen Naked Approach förklarar mer. "Frågor som roaming, igenkännande, integritet och gränssnitt ses såväl som så kallade stick-it-on-enheter," säger prof. Lupo.
Professor Lupo kände viss förvirring i mina frågor och gav vänligen en annan sammanfattning av tekniken:
Professor Lupo: ”Lösningen för att aktivera smarta enheter överallt inkluderar:
- Energiautonomi med giftfritt material. Detta är skörd- och lagringsdelen. Det kan också tillämpas på enheter som inkluderar kiselchips, och vi förväntar oss faktiskt att detta kommer att komma ut på marknaden tidigare än helt uppbyggda kretsar, antagligen om några år.
- ed, flexibel, lågkostnadskrets: detta är den delen som gör att ed elektronik ska ha tillräckligt bra prestanda (hastighet, låg energi etc.) för att användas i dessa allestädes närvarande enheter. Vi tror att en kombination av ALD och ing kommer att vara en väg framåt, men detta är en långsiktig ansträngning, där jag förväntar mig ett bevis på principen i labbet under kommande år men några år till innan sådana saker kan kommersialiseras. ”
Detta ser ut som en banbrytande teknik. Har han några illusioner om att PAUL eller The Naked Approach skulle kunna representera ett evolutionärt steg på transistorns eller den integrerade kretsens skala?
Professor Lupo: ”Förmodligen inte bara i våra grupper, men om man tänker på det arbete som görs i världen idag, tror jag att det arbete som vi och andra gör på energiautonomi och på kiselfria kretsar (makroelektronik?) Kan ha en en liknande effekt på våra liv som den tidigare utvecklingen av mikroelektronik har haft på våra liv genom att göra idén om Allt eller biljoner sensorer genomförbar och ekologiskt hållbar. ”
Min första inställning var att undersöka professor Lupo för en jämförelse med befintlig teknik. Vad är framtiden för ed elektronik och vad kommer att vara dess plats på marknaden i skuggan av kraftfull kiselchipteknologi?
Professor Lupo: ”Ed elektronik kommer förmodligen aldrig att komma ikapp med CMOS eller en liknande efterföljare för högdensitets, höghastighetsmikroprocessorer och komplexa chips. Men vi tror att dessa allestädes närvarande sensorer inte behöver den nivån på bearbetningskapacitet, och att på denna nivå (tillräckligt för att göra mätning av några enkla parametrar, göra en del databehandling och kommunicera med en trådlös nod) kan möjliggöra antal enheter som är inte riktigt genomförbara med kisel. Vi tror också att ALD kommer att vara en viktig del av denna ekvation. ”
Så vi kan alla se fram emot en daglig upplevelse av Internet av allt som drar nytta av ed elektronik och allestädes närvarande sensorer. Alla vill ha mer anslutning. Men professor Lupo talade med spänning om potentiella användningar för medicinsk teknik, såsom trådlösa EKG-sensorer, fjärrtelemetri av vitala tecken eller en mängd andra diagnostiska applikationer. En gadgetlös framtid med en bred distribution av anslutningsmöjligheter kommer utan tvekan att känneteckna den exponentiella tillväxten på internet och utvecklingen mot Internet of Everything. Billiga, miljövänliga smarta kretsar kan göra hela skillnaden.