I chip di memoria di nuova generazione promettono di ridurre il consumo di energia

Giugno 2022

By Caterina Gioiello, Divisione Informazione e Digital Outreach, WIPO, Yuka Okakita ed Tomomi Taguchi, Ufficio giapponese dell'OMPI

I semiconduttori, "i cervelli dell'elettronica moderna", senza i quali i dispositivi digitali che usiamo ogni giorno non funzionerebbero, sono stati responsabili per decenni dei progressi delle tecnologie digitali. L'azienda giapponese pionieristica, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL), è leader mondiale in questo campo e continua a esplorare nuovi orizzonti nello sviluppo di tecnologie per semiconduttori di nuova generazione ad alte prestazioni. Il fondatore e presidente dell'azienda, Shunpei Yamazaki, inventore della "memoria flash", è l'inventore più prolifico al mondo in termini di numero di brevetti ha ottenuto, secondo Guinness World Records. Mr. Yamazaki discute l'impegno di SEL per raggiungere la neutralità del carbonio attraverso l'innovazione, l'importanza della proprietà intellettuale per il suo modello di business e la cultura dell'innovazione aperta che supporta il lavoro pionieristico di SEL.

Parlaci dell'attuale focus del lavoro di SEL e di come supporta gli obiettivi ambientali globali.

Lavoro nel campo dei semiconduttori da diversi decenni, da quando ho inventato e brevettato quella che è nota come memoria flash (brevetto n. JP 886343), all'età di 28 anni nel 1970. La memoria flash è incorporata nella maggior parte dei dispositivi elettronici dispositivi che utilizziamo ogni giorno. In sostanza, consente di memorizzare dati e informazioni anche quando il dispositivo è spento. La memoria flash è anche la forma meno costosa di memoria a semiconduttore o archiviazione dei dati. Non avrei mai immaginato che l'integrazione su larga scala del silicio (Si LSI) - che ha permesso di realizzare chip per computer così potenti in termini di capacità di microelaborazione e memorizzazione dei dati - sarebbe stata così diffusa, né che avrebbe contribuito al riscaldamento globale a causa del suo elevato consumo energetico.

Nel 2009, abbiamo trovato una nuova struttura cristallina di semiconduttori di ossido (struttura CAAC), che rende più chip per computer o LSI a risparmio energetico. Da oltre 10 anni conduciamo un'intensa attività di ricerca e sviluppo per migliorare le prestazioni degli LSI e ridurre l'energia consumata dai data center e dai supercomputer.

Il nostro obiettivo è rendere i semiconduttori più efficienti dal punto di vista energetico. Attraverso il nostro lavoro pionieristico, abbiamo sviluppato un nuovo materiale semiconduttore con elevate caratteristiche di ritenzione di corrente. Un FET Si ha una corrente di dispersione di circa 10 ^{all'12 ottobre}A/µｍ quando spento; d'altra parte, un OS FET (transistor a effetto di campo a semiconduttore di ossido cristallino) ha una corrente di stato off estremamente bassa di 10 ^{all'24 ottobre}A/μｍ. Ciò significa che i dati possono essere conservati a lungo. Sfruttando queste caratteristiche di ritenzione di corrente elevata e le buone proprietà elettriche del silicio, abbiamo sviluppato una nuova struttura composita Si/OS. Utilizzando il loro effetto sinergico combinato, miriamo a creare dispositivi a semiconduttore con maggiori proprietà di risparmio energetico che potrebbero essere ottenute solo con la tecnologia del silicio. L'ampia diffusione e l'uso di questa nuova tecnologia contribuiranno notevolmente alla lotta contro il riscaldamento globale.

Per coloro che non hanno familiarità con i semiconduttori, puoi dire qualche parola sul ruolo che svolgono e sulla loro importanza nel mondo moderno?

Tutti i dispositivi elettronici che usiamo ogni giorno, i nostri smartphone, laptop, televisori, computer e così via, utilizzano semiconduttori. Il loro uso è diventato così diffuso e così comune che le persone tendono a dare per scontato il loro ruolo e la loro importanza. Le persone generalmente non sono consapevoli del fatto che utilizzando questi dispositivi consumano enormi quantità di elettricità, il che, a sua volta, contribuisce al riscaldamento globale.

In che modo il lavoro di SEL si inserisce nelle ambizioni del Giappone e di altri paesi di digitalizzare e decarbonizzare la loro economia?

Il piano d'azione per la strategia di crescita del Giappone approvato nel giugno 2021 da Yoshihide Suga, all'epoca primo ministro, sottolinea l'impegno del governo nel promuovere lo sviluppo e la produzione di tecnologie avanzate per i semiconduttori, date le loro proprietà a basso consumo energetico. La strategia delinea inoltre l'obiettivo del governo di: a) rendere tutti i nuovi data center il 30% più efficienti dal punto di vista energetico entro il 2030; b) convertire in energia rinnovabile parte dell'energia elettrica utilizzata dai data center domestici; e c) rendere carbon neutral le industrie dei semiconduttori e della comunicazione dell'informazione entro il 2040.

Nell'estate del 2021, abbiamo avuto l'opportunità di presentare la tecnologia LSI (OSLSI) a semiconduttore di ossido cristallino a risparmio energetico di SEL al Ministero dell'Economia, del Commercio e dell'Industria (METI). Il Primo Ministro era stato informato del potenziale della tecnologia OSLSI di SEL per contribuire agli obiettivi della politica verde del governo ed era interessato a saperne di più. Siamo stati invitati a preparare un documento che delineasse le proprietà di quella tecnologia. Il documento è servito come base per un briefing dettagliato su SEL e la nostra tecnologia da parte del Vice Direttore Generale del METI al Primo Ministro. METI ci ha poi ricontattato.

Riteniamo che il raggiungimento di un'ampia diffusione e utilizzo della nostra tecnologia OSLSI pionieristica darà un contributo significativo alla soluzione del riscaldamento globale.

Nel 2016, la tua iscrizione è stata rinnovata in Guinness World Records come l'inventore accreditato con il maggior numero di brevetti. A quel tempo, avevi oltre 11,350 brevetti a tuo nome. Cosa ispira il tuo lavoro e ti spinge a continuare a sviluppare tecnologie all'avanguardia in questo campo?

Avevo sempre ottenuto un punteggio scarso a scuola, ma al secondo anno di università ho iniziato a lavorare con il professor Yogoro Kato (successivamente è diventato professore emerito al Tokyo Institute of Technology) e mi ha sostenuto molto. Ho lavorato con lui per cinque anni. Quando gli dissi che volevo andare alla Stanford University negli Stati Uniti, che all'epoca era la Mecca dei semiconduttori, si infuriò con me e mi convinse a continuare i miei studi in Giappone sotto la sua guida. Non puoi confrontare le vite, quindi non so se la mia scelta di rinunciare ad andare negli Stati Uniti sia stata buona o meno, ma è stato sicuramente un punto di svolta nella mia vita. Non ho iniziato come uno studente brillante, ma grazie al professor Kato, che mi ha preso sotto la sua ala, oggi sono qui. E continuo la mia ricerca per mantenere fede ai suoi insegnamenti. Era un grande insegnante.

Tutti i dispositivi elettronici che utilizziamo ogni giorno, i nostri smartphone, laptop, televisori, computer e così via utilizzano semiconduttori... Le persone generalmente non sanno che utilizzando questi dispositivi consumano enormi quantità di elettricità, il che contribuisce al riscaldamento globale.

SEL continua a concentrarsi sullo sviluppo di nuove tecnologie pionieristiche. In che modo i brevetti supportano la diffusione e l'adozione delle vostre tecnologie in tutto il mondo?

In qualità di azienda focalizzata sulla ricerca e sviluppo, i brevetti sono estremamente importanti per noi, proprio come ci ha insegnato il professor Kato. La proprietà intellettuale è un grande meccanismo, ma i brevetti non generano reddito a meno che i prodotti che proteggono non siano commerciabili. La natura di un'azienda di sola ricerca e sviluppo è tale che è essenziale colpire il mercato il maggior numero di volte e nel modo più efficiente possibile.

Con il nostro portafoglio di diritti di proprietà intellettuale possiamo tranquillamente intentare causa contro qualsiasi parte che violi i nostri diritti senza batter ciglio. In questo modo, siamo stati in grado di far leva sui nostri diritti ed espandere efficacemente la nostra quota di mercato. Tuttavia, è importante disporre di un diritto di brevetto che possa essere utilizzato correttamente. Ecco perché è così importante redigere una specifica di brevetto basata sui risultati di ricerca e sviluppo e che indichi chiaramente lo scopo e l'effetto del brevetto. Inoltre, l'uso strategico di un brevetto è essenziale per l'espansione delle attività di ricerca e sviluppo, per l'aumento del valore del brevetto e per la crescita dei ricavi derivanti dalle licenze. L'uso strategico dei diritti di brevetto può comportare anche un'azione legale.

Puoi dire qualche parola sulla cultura dell'innovazione di SEL e sui suoi principi guida?

Da quando SEL è stata fondata nel 1980, ci siamo impegnati a contribuire al progresso del mondo attraverso la ricerca e lo sviluppo. Il nostro primo partner è stato Sharp Corporation, all'epoca leader mondiale nei semiconduttori e nei televisori con display a cristalli liquidi. La collaborazione è nata grazie alla presentazione di un conoscente. Tuttavia, quando abbiamo iniziato a fare ricerche con Sharp, hanno ritenuto che il nostro livello di ricerca e sviluppo fosse troppo basso. Da quel momento, SEL ha lavorato duramente per raggiungere il livello richiesto da Sharp. Alcune delle loro richieste all'inizio sembravano schiaccianti, ma siamo riusciti a stargli dietro.

Credo che solo attraverso la ricerca e lo sviluppo e il duro lavoro avremo successo. Quando i tuoi partner segnalano problemi specifici che devono essere affrontati e i tuoi dipendenti lavorano duramente per raggiungerli, otterrai risultati migliori. Non credo che l'innovazione funzionerà mai se chiedi semplicemente al tuo partner di insegnarti o di semplificarti le cose. Non funzionerà se non hai l'impegno e la spinta per raggiungere nuovi livelli di competenza per soddisfare le esigenze del tuo partner. Per migliorare i livelli di ricerca e sviluppo è essenziale trovare un'azienda che ti aiuti tecnicamente, pur mantenendo un rapporto paritario come partner.

WIPO GREEN è una piattaforma pubblica che cerca di promuovere l'innovazione globale nel settore delle tecnologie verdi. Siete disposti a sostenere questa iniziativa?

Affrontare il riscaldamento globale è la questione più importante che l'umanità deve affrontare oggi. VERDE OMPI è un'iniziativa molto importante che cerca di sfruttare il potere del sistema di proprietà intellettuale per proteggere l'ambiente. Vediamo che WIPO GREEN potrebbe essere un veicolo importante per consentire la rapida e diffusa adozione e utilizzo in tutto il mondo di OSLSI, che sono altamente efficienti dal punto di vista energetico. Credo che la cooperazione con organizzazioni internazionali come l'OMPI sia essenziale per raggiungere questo obiettivo.

Che consiglio hai per i giovani scienziati che aspirano a costruire un futuro migliore?

In passato, le aziende giapponesi erano guidate dall'impegno per la qualità e il duro lavoro e dalla convinzione che le avversità rendano le persone sagge. Ma oggi, questo è quasi scomparso. Dobbiamo riaccendere questa convinzione se vogliamo continuare a prosperare. Le risorse umane e la proprietà intellettuale sono estremamente importanti per il Giappone. Dobbiamo fare di più per promuovere una maggiore comprensione nei tribunali del valore di proprietà intellettuale (IP) diritti e brevetti in particolare. Dobbiamo anche promuovere una maggiore consapevolezza tra il grande pubblico dell'importanza della proprietà intellettuale. L'unico modo per il Giappone di rimanere competitivo a livello internazionale è utilizzare la nostra proprietà intellettuale.

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