Ny generation af hukommelseschips lover at reducere energiforbruget

juni 2022

By Catherine Jewell, Informations- og Digital Outreach Division, WIPO, Yuka Okakita , Tomomi Taguchi, WIPO Japan Office

Halvledere, "hjernen i moderne elektronik", uden hvilke de digitale enheder, vi bruger hver dag, ikke ville fungere, har været ansvarlige for fremskridt inden for digitale teknologier i årtier. Den banebrydende japanske virksomhed, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL), er førende i verden på dette område og fortsætter med at bane vejen for udvikling af højtydende næste generation af halvlederteknologier. Virksomhedens grundlægger og præsident, Mr. Shunpei Yamazaki, opfinder af "flash-hukommelse", er verdens mest produktive opfinder i form af antallet af patenter han har fået, iflg Guinness World Records. Mr. Yamazaki diskuterer SEL's forpligtelse til at opnå COXNUMX-neutralitet gennem innovation, vigtigheden af ​​intellektuel ejendom for dets forretningsmodel og kulturen med åben innovation, der understøtter SEL's banebrydende arbejde.

Fortæl os om det aktuelle fokus for SEL's arbejde, og hvordan det understøtter globale miljømål.

Jeg har arbejdet inden for halvledere i flere årtier, lige siden jeg opfandt og patenterede det, der er kendt som flash-hukommelse (patent nr. JP 886343), i en alder af 28 år i 1970. Flash-hukommelse er indlejret i det meste af det elektroniske enheder vi bruger hver dag. Grundlæggende gør det det muligt at gemme data og information, selv når enheden er slukket. Flash-hukommelse er også den billigste form for halvlederhukommelse eller datalagring. Jeg havde aldrig drømt om, at silicium-storskala-integrationen (Si LSI) – som gjorde det muligt at gøre computerchips så kraftige i forhold til deres mikrobehandlings- og datalagringskapacitet – ville være så udbredt, og heller ikke at det ville bidrage til global opvarmning på grund af dets høje strømforbrug.

I 2009 fandt vi en ny krystalstruktur af oxidhalvledere (CAAC-struktur), som giver mere energibesparende computerchips eller LSI'er. I mere end 10 år har vi nu udført intensiv forskning og udvikling for at forbedre ydeevnen af ​​LSI'er for at reducere strømforbruget af datacentre og supercomputere.

Vores mål er at gøre halvledere mere energieffektive. Gennem vores banebrydende arbejde har vi udviklet et nyt halvledermateriale med høje strømtilbageholdelsesegenskaber. En Si FET har en lækstrøm på omkring 10^-12A/µｍ når den er slukket; på den anden side har en OS FET (crystalline oxide semiconductor field-effect transistor) en ekstremt lav off-state strøm på 10^-24A/µｍ. Det betyder, at data kan opbevares i lang tid. Ved at udnytte disse høje strømtilbageholdelsesegenskaber og siliciums gode elektriske egenskaber har vi udviklet en ny Si/OS-kompositstruktur. Ved at udnytte deres kombinerede synergistiske effekt, sigter vi mod at skabe halvlederenheder med større strømbesparende egenskaber, som kunne opnås med siliciumteknologi alene. Bred udbredelse og brug af denne nye teknologi vil i høj grad bidrage til kampen mod global opvarmning.

For dem, der ikke er fortrolige med halvledere, kan du sige et par ord om den rolle, de spiller og deres betydning i den moderne verden?

Alle de elektroniske enheder, vi bruger hver dag, vores smartphones, bærbare computere, fjernsyn, computere og så videre, bruger halvledere. Brugen af ​​dem er blevet så udbredt og så almindelig, at folk har en tendens til at tage deres rolle og betydning for givet. Folk er generelt ikke klar over, at de ved at bruge disse enheder forbruger enorme mængder elektricitet, hvilket igen bidrager til den globale opvarmning.

Hvordan passer SEL's arbejde ind i Japans og andre landes ambitioner om at digitalisere og dekarbonisere deres økonomi?

Japans vækststrategihandlingsplan godkendt i juni 2021 af hr. Yoshihide Suga, som var premierminister på det tidspunkt, fremhæver regeringens forpligtelse til at fremme udviklingen og produktionen af ​​avancerede halvlederteknologier på grund af deres lavt energiforbrugende egenskaber. Strategien skitserer også regeringens mål om: a) at gøre alle nye datacentre 30 procent mere energieffektive inden 2030; b) konvertere en del af den elektricitet, der bruges af private datacentre, til vedvarende energi; og c) gøre halvleder- og informationskommunikationsindustrien CO2040-neutral inden XNUMX.

I sommeren 2021 havde vi mulighed for at introducere SELs hyperstrømbesparende krystallinske oxidhalvleder LSI (OSLSI) teknologi til Ministeriet for Økonomi, Handel og Industri (METI). Statsministeren var blevet informeret om potentialet i SELs OSLSI-teknologi til at bidrage til regeringens grønne politiske mål, og var interesseret i at lære mere om det. Vi blev inviteret til at udarbejde et dokument, der beskriver egenskaberne ved den teknologi. Dokumentet tjente som grundlag for en detaljeret orientering om SEL og vores teknologi af METI's vicegeneraldirektør til premierministeren. METI fulgte derefter op med os igen.

Vi tror på, at opnåelse af udbredt udbredelse og brug af vores banebrydende OSLSI-teknologi vil yde et væsentligt bidrag til at løse den globale opvarmning.

I 2016 blev din tilmelding fornyet i Guinness World Records som opfinderen krediteret med flest patenter. På det tidspunkt havde du over 11,350 patenter på dit navn. Hvad inspirerer dit arbejde og driver dig til at fortsætte med at udvikle banebrydende teknologier på dette område?

Jeg havde altid scoret dårligt i skolen, men på mit andet år på universitetet begyndte jeg at arbejde sammen med professor Yogoro Kato (efterfølgende blev han emeritusprofessor ved Tokyo Institute of Technology), og han støttede mig meget. Jeg arbejdede med ham i fem år. Da jeg fortalte ham, at jeg ville tage på Stanford University i USA, som var halvledernes mekka på det tidspunkt, blev han rasende på mig og overbeviste mig om at fortsætte mine studier i Japan under hans vejledning. Man kan ikke sammenligne liv, så jeg ved ikke, om mit valg om at opgive at tage til USA var godt eller ej, men det var bestemt et vendepunkt i mit liv. Jeg startede ikke som en strålende studerende, men takket være professor Kato, som tog mig under sine vinger, er jeg her i dag. Og jeg fortsætter min forskning for at bevare troen på hans lære. Han var en stor lærer.

Alle de elektroniske enheder, vi bruger hver dag, vores smartphones, bærbare computere, fjernsyn, computere og så videre bruger halvledere... Folk er generelt ikke klar over, at de ved at bruge disse enheder forbruger enorme mængder elektricitet, hvilket bidrager til den globale opvarmning.

SEL fortsætter med at fokusere på udviklingen af ​​banebrydende, nye teknologier. Hvordan understøtter patentering spredningen og optagelsen af ​​dine teknologier rundt om i verden?

Som en R&D-fokuseret virksomhed er patenter ekstremt vigtige for os, ligesom professor Kato lærte os. Intellektuel ejendomsret er en fantastisk mekanisme, men patenter genererer ikke indkomst, medmindre de produkter, de beskytter, er salgbare. Karakteren af ​​en F&U-only virksomhed er sådan, at det er afgørende at ramme markedet så mange gange og så effektivt som muligt.

Med vores portefølje af intellektuelle ejendomsrettigheder kan vi trygt anlægge sag mod enhver part, der krænker vores rettigheder uden at vige tilbage. På denne måde har vi været i stand til at udnytte vores rettigheder og udvide vores markedsandel effektivt. Det er dog vigtigt at have en patentret, der kan udnyttes korrekt. Derfor er det så vigtigt at udarbejde en patentspecifikation, der er baseret på F&U-resultater, og som klart angiver patentets formål og effekt. Derudover er strategisk brug af et patent afgørende for, at F&U-aktiviteterne kan udvides, for at værdien af ​​patentet kan stige, og for at indtægterne fra licenser kan vokse. Strategisk brug af patentrettigheder kan også involvere retslige skridt.

Kan du sige et par ord om SELs innovationskultur og dens vejledende principper?

Siden SEL blev etableret i 1980, har vi været forpligtet til at bidrage til verdens fremskridt gennem F&U. Vores første partner var Sharp Corporation, en af ​​verdens førende inden for halvledere og flydende krystaller på det tidspunkt. Partnerskabet kom i stand takket være en introduktion fra en bekendt. Men da vi begyndte at lave research med Sharp, mente de, at vores F&U-niveau var for lavt. Fra det tidspunkt arbejdede SEL hårdt for at nå Sharps krævede niveau. Nogle af deres krav virkede i starten overvældende, men det lykkedes os at følge med dem.

Jeg tror på, at kun gennem F&U og hårdt arbejde vil vi få succes. Når dine partnere påpeger specifikke problemer, der skal løses, og dine medarbejdere arbejder hårdt for at opnå dem, vil du producere bedre resultater. Jeg tror ikke, at innovation nogensinde vil virke, hvis du blot beder din partner om at lære dig det eller gøre det nemt for dig. Det vil ikke fungere, hvis du ikke har engagementet og drivet til at opnå nye niveauer af ekspertise for at imødekomme din partners behov. For at forbedre F&U-niveauet er det vigtigt at finde en virksomhed, der vil strække dig teknisk, og samtidig bevare et ligeværdigt forhold som partner.

WIPO GREEN er en offentlig platform, der søger at fremme global innovation inden for grønne teknologier. Er du villig til at støtte dette initiativ?

At tackle den globale opvarmning er det vigtigste spørgsmål, som menneskeheden står over for i dag. WIPO GRØN er et meget vigtigt initiativ, der søger at udnytte kraften i det intellektuelle ejendomssystem til at beskytte miljøet. Vi ser, at WIPO GREEN kunne være et vigtigt redskab til at muliggøre hurtig og udbredt optagelse og brug rundt om i verden af ​​OSLSI'er, som er yderst energieffektive. Jeg mener, at samarbejde med internationale organisationer som WIPO er afgørende for at nå dette mål.

Hvilke råd har du til unge forskere med ambitioner om at bygge en bedre fremtid?

Tidligere var japanske virksomheder drevet af en forpligtelse til kvalitet og hårdt arbejde og troen på, at modgang gør folk kloge. Men i dag er det næsten forsvundet. Vi er nødt til at genoplive den tro, hvis vi skal fortsætte med at trives. Menneskelige ressourcer og intellektuel ejendom er ekstremt vigtige for Japan. Vi skal gøre mere for at fremme større forståelse i domstolene for værdien af intellektuel ejendomsret (IP) rettigheder og patenter i særdeleshed. Vi skal også fremme større bevidsthed blandt offentligheden om vigtigheden af ​​intellektuel ejendomsret. Den eneste måde for Japan at forblive konkurrencedygtig internationalt er ved at gøre brug af vores intellektuelle ejendomsret.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2022/02/article_0006.html