Speicherchips der neuen Generation versprechen Energieeinsparungen

Juni 2022

By Catherine Jewel, Abteilung Information und digitale Öffentlichkeitsarbeit, WIPO, Yuka Okakita und Tomomi Taguchi, WIPO Japan-Büro

Halbleiter, „das Gehirn der modernen Elektronik“, ohne die die digitalen Geräte, die wir täglich verwenden, nicht funktionieren würden, sind seit Jahrzehnten für den Fortschritt in den digitalen Technologien verantwortlich. Das wegweisende japanische Unternehmen Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL) ist weltweit führend auf diesem Gebiet und geht weiterhin neue Wege bei der Entwicklung hochleistungsfähiger Halbleitertechnologien der nächsten Generation. Der Gründer und Präsident des Unternehmens, Herr Shunpei Yamazaki, Erfinder des „Flash-Speichers“, ist der produktivste Erfinder der Welt, gemessen an der Anzahl von Patente er hat gem Guinness World Records. Herr Yamazaki erörtert das Engagement von SEL, durch Innovation COXNUMX-Neutralität zu erreichen, die Bedeutung des geistigen Eigentums für sein Geschäftsmodell und die Kultur der offenen Innovation, die die Pionierarbeit von SEL unterstützt.

Erzählen Sie uns von den aktuellen Schwerpunkten der Arbeit von SEL und wie es globale Umweltziele unterstützt.

Ich arbeite seit mehreren Jahrzehnten auf dem Gebiet der Halbleiter, seit ich 886343 im Alter von 28 Jahren den sogenannten Flash-Speicher (Patent Nr. JP 1970) erfunden und patentiert habe. Flash-Speicher sind in die meisten elektronischen Geräte eingebettet Geräte, die wir täglich verwenden. Im Wesentlichen ermöglicht es das Speichern von Daten und Informationen auch bei ausgeschaltetem Gerät. Flash-Speicher ist auch die kostengünstigste Form des Halbleiterspeichers oder der Datenspeicherung. Ich hätte nie gedacht, dass die Silizium-Großintegration (Si LSI) – die es ermöglichte, Computerchips so leistungsfähig in Bezug auf ihre Mikroverarbeitungs- und Datenspeicherkapazität zu machen – so weit verbreitet sein würde, noch dass sie zur globalen Erwärmung beitragen würde wegen seines hohen Stromverbrauchs.

2009 haben wir eine neue Kristallstruktur von Oxidhalbleitern (CAAC-Struktur) gefunden, die für energiesparendere Computerchips oder LSIs sorgt. Seit mehr als 10 Jahren betreiben wir intensive Forschung und Entwicklung, um die Leistung von LSIs zu verbessern und den Stromverbrauch von Rechenzentren und Supercomputern zu reduzieren.

Unser Ziel ist es, Halbleiter energieeffizienter zu machen. Durch unsere Pionierarbeit haben wir ein neues Halbleitermaterial mit hohen Stromhalteeigenschaften entwickelt. Ein Si-FET hat einen Leckstrom von etwa 10^-12A/µｍ wenn ausgeschaltet; Andererseits hat ein OS FET (Kristalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) einen extrem niedrigen Sperrstrom von 10^-24A/µｍ. Das bedeutet, dass Daten lange aufbewahrt werden können. Unter Ausnutzung dieser hohen Stromhalteeigenschaften und der guten elektrischen Eigenschaften von Silizium haben wir eine neue Si/OS-Verbundstruktur entwickelt. Durch die Nutzung ihrer kombinierten Synergieeffekte wollen wir Halbleiterbauelemente mit besseren Energiespareigenschaften schaffen, die allein durch die Siliziumtechnologie erreicht werden könnten. Die breite Akzeptanz und Nutzung dieser neuen Technologie wird einen großen Beitrag zum Kampf gegen die globale Erwärmung leisten.

Können Sie denjenigen, die mit Halbleitern nicht vertraut sind, ein paar Worte zu deren Rolle und Bedeutung in der modernen Welt sagen?

Alle elektronischen Geräte, die wir täglich benutzen, unsere Smartphones, Laptops, Fernseher, Computer und so weiter, verwenden Halbleiter. Ihre Verwendung ist so weit verbreitet und so alltäglich geworden, dass die Menschen dazu neigen, ihre Rolle und Bedeutung als selbstverständlich anzusehen. Den Menschen ist im Allgemeinen nicht bewusst, dass sie bei der Verwendung dieser Geräte riesige Mengen an Strom verbrauchen, was wiederum zur globalen Erwärmung beiträgt.

Wie passt die Arbeit von SEL in die Ambitionen Japans und anderer Länder, ihre Wirtschaft zu digitalisieren und zu dekarbonisieren?

Japans Wachstumsstrategie-Aktionsplan, der im Juni 2021 vom damaligen Premierminister Yoshihide Suga genehmigt wurde, unterstreicht das Engagement der Regierung, die Entwicklung und Produktion fortschrittlicher Halbleitertechnologien angesichts ihrer geringen Energieverbrauchseigenschaften zu fördern. Die Strategie umreißt auch das Ziel der Regierung, a) alle neuen Rechenzentren bis 30 um 2030 Prozent energieeffizienter zu machen; b) einen Teil des von inländischen Rechenzentren verbrauchten Stroms in erneuerbare Energie umwandeln; und c) die Halbleiter- und Informationskommunikationsindustrie bis 2040 klimaneutral zu machen.

Im Sommer 2021 hatten wir die Gelegenheit, die hyperstromsparende kristalline Oxidhalbleiter-LSI-Technologie (OSLSI) von SEL dem Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie (METI) vorzustellen. Der Premierminister war über das Potenzial der OSLSI-Technologie von SEL informiert worden, einen Beitrag zu den umweltpolitischen Zielen der Regierung zu leisten, und war daran interessiert, mehr darüber zu erfahren. Wir wurden gebeten, ein Dokument vorzubereiten, das die Eigenschaften dieser Technologie umreißt. Das Dokument diente als Grundlage für ein ausführliches Briefing über SEL und unsere Technologie durch den stellvertretenden Generaldirektor von METI an den Premierminister. METI hat sich dann wieder bei uns gemeldet.

Wir glauben, dass die weit verbreitete Aufnahme und Nutzung unserer bahnbrechenden OSLSI-Technologie einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der globalen Erwärmung leisten wird.

2016 wurde Ihr Eintrag erneuert Guinness World Records als Erfinder mit den meisten Patenten. Damals hatten Sie über 11,350 Patente auf Ihren Namen. Was inspiriert Sie bei Ihrer Arbeit und treibt Sie an, zukunftsweisende Technologien in diesem Bereich weiterzuentwickeln?

In der Schule hatte ich immer schlechte Noten, aber in meinem zweiten Jahr an der Universität begann ich mit Professor Yogoro Kato zu arbeiten (später wurde er emeritierter Professor am Tokyo Institute of Technology), und er unterstützte mich sehr. Ich habe fünf Jahre mit ihm zusammengearbeitet. Als ich ihm sagte, dass ich an die Stanford University in den Vereinigten Staaten gehen wollte, das damalige Mekka der Halbleiter, war er wütend auf mich und überzeugte mich, mein Studium in Japan unter seiner Anleitung fortzusetzen. Man kann Leben nicht vergleichen, also weiß ich nicht, ob meine Entscheidung, aufzugeben, in die Vereinigten Staaten zu gehen, gut war oder nicht, aber es war sicherlich ein Wendepunkt in meinem Leben. Ich habe nicht als brillanter Student angefangen, aber dank Professor Kato, der mich unter seine Fittiche genommen hat, bin ich heute hier. Und ich setze meine Forschung fort, um seinen Lehren treu zu bleiben. Er war ein großartiger Lehrer.

Alle elektronischen Geräte, die wir täglich benutzen, unsere Smartphones, Laptops, Fernseher, Computer usw. verwenden Halbleiter… Die Menschen sind sich im Allgemeinen nicht bewusst, dass sie durch die Verwendung dieser Geräte riesige Mengen an Strom verbrauchen, was zur globalen Erwärmung beiträgt.

SEL konzentriert sich weiterhin auf die Entwicklung zukunftsweisender, neuer Technologien. Wie unterstützt die Patentierung die Verbreitung und Akzeptanz Ihrer Technologien auf der ganzen Welt?

Als F&E-orientiertes Unternehmen sind Patente für uns extrem wichtig, so wie es Professor Kato uns beigebracht hat. Geistiges Eigentum ist ein großartiger Mechanismus, aber Patente generieren kein Einkommen, es sei denn, die Produkte, die sie schützen, sind marktfähig. Es liegt in der Natur eines reinen F&E-Unternehmens, dass es unerlässlich ist, so oft und so effizient wie möglich auf den Markt zu kommen.

Mit unserem Portfolio an geistigen Eigentumsrechten können wir getrost gegen jede Partei vorgehen, die unsere Rechte verletzt, ohne zurückzuschrecken. Auf diese Weise konnten wir unsere Rechte geltend machen und unseren Marktanteil effektiv ausbauen. Es ist jedoch wichtig, ein Patentrecht zu haben, das richtig genutzt werden kann. Deshalb ist es so wichtig, eine Patentschrift zu erstellen, die auf F&E-Ergebnissen basiert und den Zweck und die Wirkung des Patents klar darlegt. Darüber hinaus ist die strategische Nutzung eines Patents für die Ausweitung der F&E-Aktivitäten, die Wertsteigerung des Patents und die Steigerung der Lizenzeinnahmen unerlässlich. Die strategische Nutzung von Patentrechten kann auch rechtliche Schritte nach sich ziehen.

Können Sie ein paar Worte zur Innovationskultur und den Leitprinzipien von SEL sagen?

Seit der Gründung von SEL im Jahr 1980 haben wir uns verpflichtet, durch Forschung und Entwicklung zum Fortschritt der Welt beizutragen. Unser erster Partner war die Sharp Corporation, damals ein weltweit führender Anbieter von Halbleitern und LCD-Fernsehern. Die Partnerschaft kam dank einer Vorstellung durch einen Bekannten zustande. Als wir jedoch anfingen, mit Sharp zu forschen, hielten sie unser F&E-Niveau für zu niedrig. Von diesem Zeitpunkt an arbeitete SEL hart daran, das von Sharp geforderte Niveau zu erreichen. Einige ihrer Forderungen schienen zunächst überwältigend, aber wir haben es geschafft, mit ihnen Schritt zu halten.

Ich glaube, dass wir nur durch Forschung und Entwicklung und harte Arbeit erfolgreich sein werden. Wenn Ihre Partner auf bestimmte Probleme hinweisen, die angegangen werden müssen, und Ihre Mitarbeiter hart daran arbeiten, diese zu erreichen, erzielen Sie bessere Ergebnisse. Ich glaube nicht, dass Innovation jemals funktionieren wird, wenn Sie einfach Ihren Partner bitten, Ihnen etwas beizubringen oder es Ihnen leicht zu machen. Es wird nicht funktionieren, wenn Sie nicht das Engagement und den Antrieb haben, ein neues Maß an Fachwissen zu erreichen, um die Bedürfnisse Ihres Partners zu erfüllen. Um das F&E-Niveau zu verbessern, ist es wichtig, ein Unternehmen zu finden, das Sie technisch herausfordert und gleichzeitig eine gleichberechtigte Beziehung als Partner pflegt.

WIPO GREEN ist eine öffentliche Plattform zur Förderung globaler Innovationen im Bereich grüner Technologien. Sind Sie bereit, diese Initiative zu unterstützen?

Die Bekämpfung der globalen Erwärmung ist das wichtigste Problem, mit dem die Menschheit heute konfrontiert ist. WIPO GRÜN ist eine sehr wichtige Initiative, die darauf abzielt, die Macht des Systems des geistigen Eigentums zum Schutz der Umwelt zu nutzen. Wir sehen, dass WIPO GREEN ein wichtiges Instrument sein könnte, um die schnelle und weit verbreitete Einführung und Verwendung von OSLSIs, die sehr energieeffizient sind, auf der ganzen Welt zu ermöglichen. Ich glaube, dass die Zusammenarbeit mit internationalen Organisationen wie der WIPO wesentlich ist, um dieses Ziel zu erreichen.

Welchen Rat haben Sie für junge Wissenschaftler, die eine bessere Zukunft aufbauen wollen?

In der Vergangenheit wurden japanische Unternehmen von der Verpflichtung zu Qualität und harter Arbeit und der Überzeugung angetrieben, dass Widrigkeiten Menschen weise machen. Aber heute ist das so gut wie verschwunden. Wir müssen diesen Glauben wieder aufleben lassen, wenn wir weiterhin erfolgreich sein wollen. Humanressourcen und geistiges Eigentum sind für Japan äußerst wichtig. Wir müssen mehr tun, um ein größeres Verständnis in den Gerichten für den Wert von zu fördern geistiges Eigentum (IP)-Rechte und insbesondere Patente. Wir müssen auch ein größeres Bewusstsein in der breiten Öffentlichkeit für die Bedeutung des geistigen Eigentums fördern. Die einzige Möglichkeit für Japan, international wettbewerbsfähig zu bleiben, besteht darin, unser geistiges Eigentum zu nutzen.

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• Quelle: https://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2022/02/article_0006.html