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Wegbringen:
Die derzeitige Produktion von Siliziumchips beläuft sich auf rund 20 Milliarden pro Jahr. Das mag für das expandierende Internet nicht ausreichen. Die Antwort könnte in der Elektronik liegen.
Seit den Anfängen des Digital Computing sind Innovatoren auf der Suche nach mehr Rechenleistung und Effizienz. Die ENIAC verwendete fast 18.000 Vakuumröhren und konnte Berechnungen in Sekunden durchführen, die mit menschlichem Einsatz Wochen gedauert hätten. Transistoren reduzierten später die Größe und die Kosten elektronischer Geräte. Und die integrierte Schaltung enthielt nur eine Handvoll Transistoren und Logikgatter, und auf einem Chip befanden sich Milliarden. Der nächste große Schritt in der Computertechnologie könnte jedoch eher die Allgegenwart als die Macht sein.
Die Lösung? Sensoren, Sensoren überall! Professor Donald Lupo von der Tampere University of Technology (TUT) in Finnland arbeitet an Ideen, die die Entwicklung des Internets der Dinge (IoT) erleichtern sollen. Die derzeitige Produktion von Siliziumchips beläuft sich auf rund 20 Milliarden pro Jahr. Im Vorgriff auf den Bedarf an Billionen von Sensoren arbeiten Prof. Lupo und seine Kollegen an einem umfassenderen Konzept. Ihre Projekte konzentrieren sich auf das Internet of Everything (IoE). (Weitere Informationen zum Internet der Dinge finden Sie unter Was sind die wichtigsten Antriebskräfte für das Internet der Dinge?)
Die Arbeit von Prof. Lupos faszinierte mich, nachdem ich einen IEEE-Artikel gelesen hatte, für den er interviewt wurde. Um den steigenden Anforderungen an Konnektivität auf Abruf gerecht zu werden, arbeiten Prof. Lupo und seine Teams daran, preiswerte, umweltverträgliche und allgegenwärtige Elektronik zu ermöglichen. Das TUT in Tampere, der drittgrößten Stadt Finnlands, wurde mit 11 bewertetth in der Welt in Bezug auf die Zusammenarbeit in der Industrie. Prof. Lupo ist dort an zwei Projekten im TUTs Laboratory of Future Electronics beteiligt. Ich nutzte meine Freundschaft mit dem Multitalent, um ihn danach zu fragen.
Prof. Lupo: „Die eine Plattform heißt ed, energy Autonomous UniversaL (PAUL) für multifunktionale drahtlose Sensoren und Geräte. Dieses 5-Jahres-Projekt wird von Tekes finanziert und zielt darauf ab, die Technologie für das Internet von Allem zu entwickeln. Die andere ist eine große, von Tekes finanzierte „Strategic Opening“ namens The Naked Approach, die von VTT koordiniert wird und an der neben dem TUT auch die University of Oulu, die Aalto University, Demos Helsinki und die University of Lapland teilnehmen. Dieses Projekt befasst sich globaler mit der Vision, von einer gadgetorientierten Gesellschaft zu einem gadgetfreien, überverbundenen Leben überzugehen, in dem Dienste nach Bedarf angezeigt werden und verschwinden, wenn sie nicht mehr benötigt werden. “
Prof. Paul Berger von der Ohio University hat eine FiDiPro-Professur an der TUT übernommen. Die Professoren Lupo und Berger sowie ihr Team kommen aus verschiedenen Bereichen und Hintergründen, um einen multidisziplinären, internationalen Ansatz für technische Innovationen zu entwickeln. Das PAUL-Projekt hat vier Ziele:
- Verbessertes Energy Harvesting
- Elektronische Hochgeschwindigkeitsgeräte
- Hybrid-Integrationstechnologie
- Vollständige Integration der Rolle-zu-Rolle-Atomlagenabscheidung (ALD)
Hier dreht sich alles um ed electronics. Das Internet of Everything wird Sensoren überall und überall einsetzen. Ich fragte Prof. Lupo nach den Haupthindernissen für die Integration von ALD und die Massenproduktion von elektronischen Hochgeschwindigkeitsgeräten. (Weitere Informationen zu IoT-Geräten finden Sie unter Sind tragbare Geräte eine Bedrohung für Unternehmensnetzwerke?)
Prof. Lupo: „Das Hindernis war lange Zeit die Tatsache, dass es sich um einen sehr langsamen seriellen Prozess handelte, bei dem Materialien im Wesentlichen als Atomschicht auf einmal abgelegt und die Reaktionskammer jedes Mal herausgepumpt werden mussten. In letzter Zeit haben führende Hersteller von ALD-Anlagen (z. B. Picosun und Beneq, beide finnische Unternehmen, aber ich denke, auch andere Unternehmen sind aktiv) kontinuierliche ALD-Maschinen und sogar Roll-to-Roll-Maschinen entwickelt, die sich auf flexiblen Substraten ablagern können. In diesem Bereich gibt es noch viel zu tun und wir arbeiten aktiv an der Kombination von ALD und Ing. Für dünne Schichten (nicht mehr als einige zehn Nanometer) kann dies meiner Meinung nach eine gute Fertigungslösung sein. “
Prof. Lupo hat Gerüchte gehört, dass ALD bereits seit 2007 in der Silizium-Chip-Produktion eingesetzt wird. Doch die Elektronik von PAUL ist etwas anderes. Meine nächste Frage: Schlägt er das Ende von Silizium vor?
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Prof. Lupo: "Absolut nicht! Oder zumindest nicht sein Ersatz durch ing. Die Dichte der Geräte, die Sie auf CMOS-Chips in Computern erhalten, ist erstaunlich, ebenso wie die Geschwindigkeit. Es werden immer größere Strukturen und damit weniger Chips vorhanden sein. Das Knirschen von Big Data (Computer, Server) wird wahrscheinlich für lange Zeit ein CMOS sein, und der Ersatz kann aufgrund von Quantenphänomenen etwas völlig anderes sein. ed electronics wird Bereiche für Elektronik und allgegenwärtige Intelligenz eröffnen, in denen Silizium bereits zu leistungsfähig und überdimensioniert ist. “
Das zweite Projekt im Portfolio von Prof. Lupos arbeitet Hand in Hand mit ed electronics. „The Naked Approach“ nutzt Sensoren überall und jederzeit. Stellen Sie sich eine digitale Welt ohne Gadgets vor. Ob zu Hause, bei der Arbeit, in der Mall, in einem Restaurant oder sogar auf der Straße - Dienste werden bei Bedarf bereitgestellt und verschwinden, wenn der Benutzer mit ihnen fertig ist. Dieses YouTube-Video veranschaulicht das Konzept. Die Naked Approach-Website erklärt mehr. „Es werden Themen wie Roaming, Erkennung, Datenschutz und Schnittstellen sowie sogenannte Stick-it-on-Devices betrachtet“, sagt Prof. Lupo.
Professor Lupo verspürte ein wenig Verwirrung in meinen Fragen und gab freundlicherweise eine weitere Zusammenfassung der Technologie:
Prof. Lupo: „Die Lösung, um intelligente Geräte überall zu ermöglichen, umfasst:
- Energieautonomie mit ungiftigen Materialien. Dies ist der Ernte- und Lagerteil. Es kann auch auf Geräte angewendet werden, die Siliziumchips enthalten, und wir gehen davon aus, dass dies wahrscheinlich in ein paar Jahren früher auf den Markt kommt als eine vollwertige Schaltung.
- ed, flexible, kostengünstige Schaltkreise: Hier geht es darum, dass die Leistung der ed-Elektronik (Geschwindigkeit, niedrige Energie usw.) für diese allgegenwärtigen Geräte ausreicht. Wir denken, dass eine Kombination aus ALD und Ing eine Möglichkeit ist, aber dies ist eine längerfristige Anstrengung, bei der ich in den kommenden Jahren einen Beweis des Prinzips im Labor erwarte, aber noch ein paar Jahre, bevor solche Dinge kommerzialisiert werden können. “
Dies sieht nach einer bahnbrechenden Technologie aus. Hat er Illusionen, dass PAUL oder The Naked Approach einen Evolutionsschritt auf der Skala des Transistors oder der integrierten Schaltung darstellen könnten?
Prof. Lupo: „Wahrscheinlich nicht nur in unseren Gruppen, aber wenn Sie die Arbeit in Betracht ziehen, die heute in der Welt geleistet wird, könnte die Arbeit, die wir und andere zur Energieautonomie und zu siliziumfreien Schaltkreisen (Makroelektronik?) Leisten, einen Einfluss haben Ähnliche Auswirkungen auf unser Leben wie die frühere Entwicklung der Mikroelektronik, indem die Idee des Internet of Everything oder von Billionen Sensoren machbar und ökologisch nachhaltig gemacht wurde. “
Mein ursprünglicher Ansatz war es, Professor Lupo auf einen Vergleich mit bestehenden Technologien zu untersuchen. Wie sieht die Zukunft von ed electronics aus und wie wird sie im Schatten der leistungsstarken Silizium-Chip-Technologie am Markt positioniert sein?
Prof. Lupo: „Ed electronics wird wahrscheinlich nie mit CMOS oder einem ähnlichen Nachfolger für High-Density-Hochgeschwindigkeitsmikroprozessoren und komplexe Chips mithalten können. Wir glauben jedoch, dass diese allgegenwärtigen Sensoren diese Verarbeitungskapazität nicht benötigen und dass auf dieser Ebene (genug, um einige einfache Parameter zu messen, Daten zu verarbeiten und mit einem drahtlosen Knoten zu kommunizieren) eine Anzahl von Geräten möglich ist, die dies ermöglichen sind mit Silizium nicht wirklich machbar. Wir glauben auch, dass ALD ein Schlüsselelement dieser Gleichung sein wird. “
Wir alle dürfen uns also auf ein tägliches Erlebnis im Internet von Allem freuen, das sich die Vorteile von Elektronik und allgegenwärtigen Sensoren zunutze macht. Jeder möchte mehr Konnektivität. Prof. Lupo äußerte sich jedoch begeistert über mögliche Anwendungen für die Medizintechnik wie drahtlose EKG-Sensoren, Ferntelemetrie von Vitaldaten oder eine Vielzahl anderer diagnostischer Anwendungen. Eine gadgetlose Zukunft mit einer breiten Verbreitung der Konnektivität wird zweifellos das exponentielle Wachstum des Internets und die Entwicklung zum Internet von Allem kennzeichnen. Preiswerte, umweltfreundliche und intelligente Schaltkreise können den Unterschied ausmachen.