Układy pamięci nowej generacji obiecują zmniejszenie zużycia energii

Czerwiec 2022

By Katarzyna Jewell, Dział Informacji i Promocji Cyfrowej, WIPO, Yuka Okakita i Tomomi Taguchiego, Biuro WIPO w Japonii

Półprzewodniki, „mózgi współczesnej elektroniki”, bez których urządzenia cyfrowe, z których korzystamy na co dzień, nie mogłyby działać, od dziesięcioleci są odpowiedzialne za rozwój technologii cyfrowych. Pionierska firma japońska, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL), jest światowym liderem w tej dziedzinie i nadal wyznacza nowe standardy w opracowywaniu wysokowydajnych technologii półprzewodnikowych nowej generacji. Założyciel i prezes firmy, pan Shunpei Yamazaki, wynalazca „pamięci flash”, jest najbardziej płodnym wynalazcą na świecie pod względem liczby patenty uzyskał wg Guinness World Records. Pan Yamazaki omawia zaangażowanie SEL w osiągnięcie neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla poprzez innowacje, znaczenie własności intelektualnej dla jej modelu biznesowego oraz kulturę otwartej innowacji, która wspiera pionierską pracę SEL.

Opowiedz nam o bieżących celach pracy SEL i o tym, jak wspiera ona globalne cele środowiskowe.

Zajmuję się półprzewodnikami od kilkudziesięciu lat, odkąd wynalazłem i opatentowałem tak zwaną pamięć flash (patent nr JP 886343), w wieku 28 lat w 1970 roku. Pamięć flash jest wbudowana w większość urządzeń elektronicznych urządzeń, z których korzystamy na co dzień. Zasadniczo umożliwia przechowywanie danych i informacji nawet wtedy, gdy urządzenie jest wyłączone. Pamięć flash jest również najtańszą formą pamięci półprzewodnikowej lub przechowywania danych. Nigdy nie marzyłem, że krzemowa integracja na dużą skalę (Si LSI) – która umożliwiła stworzenie chipów komputerowych tak potężnych pod względem ich zdolności mikroprzetwarzania i przechowywania danych – będzie tak powszechna, ani że przyczyni się do globalnego ocieplenia ze względu na duże zużycie energii.

W 2009 roku odkryliśmy nową strukturę krystaliczną półprzewodników tlenkowych (struktura CAAC), która umożliwia bardziej energooszczędne chipy komputerowe lub LSI. Od ponad 10 lat prowadzimy intensywne prace badawczo-rozwojowe mające na celu poprawę wydajności mniej istotnych urządzeń w celu zmniejszenia zużycia energii przez centra danych i superkomputery.

Naszym celem jest uczynienie półprzewodników bardziej energooszczędnymi. Dzięki naszej pionierskiej pracy opracowaliśmy nowy materiał półprzewodnikowy o wysokiej retencji prądu. Si FET ma prąd upływu około 10^-12A/µｍ po wyłączeniu; z drugiej strony, OS FET (tranzystor polowy z półprzewodnikiem z tlenku krystalicznego) ma wyjątkowo niski prąd w stanie wyłączonym wynoszący 10^-24A/μｍ. Oznacza to, że dane mogą być przechowywane przez długi czas. Korzystając z tych właściwości retencji wysokiego prądu i dobrych właściwości elektrycznych krzemu, opracowaliśmy nową strukturę kompozytową Si/OS. Wykorzystując ich połączony efekt synergiczny, dążymy do stworzenia urządzeń półprzewodnikowych o większych właściwościach oszczędzania energii, które można osiągnąć dzięki samej technologii krzemowej. Szerokie rozpowszechnienie i wykorzystanie tej nowej technologii znacznie przyczyni się do walki z globalnym ociepleniem.

Dla tych, którzy nie znają półprzewodników, czy możesz powiedzieć kilka słów o roli, jaką odgrywają i ich znaczeniu we współczesnym świecie?

Wszystkie urządzenia elektroniczne, z których korzystamy na co dzień, nasze smartfony, laptopy, telewizory, komputery itd., wykorzystują półprzewodniki. Ich użycie stało się tak powszechne i powszechne, że ludzie mają tendencję do przyjmowania ich roli i znaczenia za coś oczywistego. Ludzie na ogół nie są świadomi, że używając tych urządzeń zużywają ogromne ilości energii elektrycznej, co z kolei przyczynia się do globalnego ocieplenia.

Jak praca SEL wpisuje się w ambicje Japonii i innych krajów dotyczące cyfryzacji i dekarbonizacji ich gospodarki?

Japoński plan działania na rzecz strategii wzrostu, zatwierdzony w czerwcu 2021 r. przez ówczesnego premiera Yoshihide Sugę, podkreśla zaangażowanie rządu w promowanie rozwoju i produkcji zaawansowanych technologii półprzewodnikowych, biorąc pod uwagę ich niskie zużycie energii. Strategia określa również cel rządu, jakim jest: a) zwiększenie efektywności energetycznej wszystkich nowych centrów danych o 30 procent do 2030 r.; b) konwersji części energii elektrycznej zużywanej przez krajowe centra danych na energię odnawialną; oraz c) uczynić przemysł półprzewodników i komunikacji informacyjnej neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla do 2040 r.

Latem 2021 roku mieliśmy okazję przedstawić Ministerstwu Gospodarki, Handlu i Przemysłu (METI) hiperenergooszczędną technologię półprzewodników z tlenku krystalicznego LSI (OSLSI) firmy SEL. Premier został poinformowany o potencjale technologii OSLSI firmy SEL, która może przyczynić się do realizacji celów polityki ekologicznej rządu i był zainteresowany uzyskaniem dalszych informacji na jej temat. Zostaliśmy zaproszeni do przygotowania dokumentu opisującego właściwości tej technologii. Dokument posłużył jako podstawa do szczegółowego briefingu na temat SEL i naszej technologii przez Zastępcę Dyrektora Generalnego METI dla Prezesa Rady Ministrów. Następnie METI ponownie podążył za nami.

Wierzymy, że osiągnięcie szerokiego rozpowszechnienia i wykorzystania naszej pionierskiej technologii OSLSI znacząco przyczyni się do rozwiązania problemu globalnego ocieplenia.

W 2016 r. Twój wpis został odnowiony w r Guinness World Records jako wynalazca, któremu przypisuje się najwięcej patentów. W tamtym czasie miał pan na swoim koncie ponad 11,350 XNUMX patentów. Co inspiruje Twoją pracę i napędza Cię do dalszego rozwoju pionierskich technologii w tej dziedzinie?

Zawsze miałem słabe wyniki w szkole, ale na drugim roku studiów zacząłem pracować z profesorem Yogoro Kato (później został profesorem emerytowanym w Tokyo Institute of Technology), a on bardzo mnie wspierał. Pracowałem z nim przez pięć lat. Kiedy powiedziałem mu, że chcę studiować na Uniwersytecie Stanforda w Stanach Zjednoczonych, który był wówczas mekką półprzewodników, był na mnie wściekły i przekonał mnie, żebym kontynuował studia w Japonii pod jego kierunkiem. Nie można porównywać żyć, więc nie wiem, czy mój wybór rezygnacji z wyjazdu do Stanów Zjednoczonych był dobry, czy nie, ale z pewnością był to punkt zwrotny w moim życiu. Nie zaczynałem jako błyskotliwy student, ale dzięki profesorowi Kato, który wziął mnie pod swoje skrzydła, jestem tu dzisiaj. I kontynuuję moje badania, aby zachować wiarę w jego nauki. Był świetnym nauczycielem.

Wszystkie urządzenia elektroniczne, z których korzystamy na co dzień, nasze smartfony, laptopy, telewizory, komputery itd. wykorzystują półprzewodniki… Ludzie na ogół nie są świadomi, że korzystając z tych urządzeń zużywają ogromne ilości energii elektrycznej, która przyczynia się do globalnego ocieplenia.

SEL nadal koncentruje się na rozwoju pionierskich, nowych technologii. W jaki sposób patentowanie wspiera rozpowszechnianie i wdrażanie waszych technologii na całym świecie?

Jako firma skoncentrowana na badaniach i rozwoju, patenty są dla nas niezwykle ważne, tak jak nauczył nas profesor Kato. Własność intelektualna to wspaniały mechanizm, ale patenty nie generują dochodu, chyba że produkty, które chronią, nadają się do sprzedaży. Charakter firmy zajmującej się wyłącznie badaniami i rozwojem polega na tym, że niezbędne jest jak najszybsze wejście na rynek tak często, jak to możliwe.

Dzięki naszemu portfelowi praw własności intelektualnej możemy bez wahania wnieść sprawę przeciwko każdej stronie, która narusza nasze prawa. W ten sposób byliśmy w stanie wykorzystać nasze prawa i skutecznie zwiększyć nasz udział w rynku. Ważne jest jednak posiadanie prawa patentowego, które można właściwie wykorzystać. Dlatego tak ważne jest sporządzenie specyfikacji patentowej opartej na wynikach prac badawczo-rozwojowych, która jasno określa cel i skutek patentu. Ponadto strategiczne wykorzystanie patentu jest niezbędne do rozwoju działalności badawczo-rozwojowej, wzrostu wartości patentu i wzrostu przychodów z licencji. Strategiczne wykorzystanie praw patentowych może również wiązać się z działaniami prawnymi.

Czy możesz powiedzieć kilka słów o kulturze innowacji SEL i jej zasadach przewodnich?

Od założenia firmy SEL w 1980 roku jesteśmy zaangażowani w przyczynianie się do postępu na świecie poprzez badania i rozwój. Naszym pierwszym partnerem była firma Sharp Corporation, ówczesny światowy lider w produkcji półprzewodników i telewizorów z wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi. Partnerstwo powstało dzięki wprowadzeniu przez znajomego. Kiedy jednak zaczęliśmy prowadzić badania z firmą Sharp, uznali, że nasz poziom badań i rozwoju jest zbyt niski. Od tego momentu SEL ciężko pracował, aby osiągnąć wymagany poziom firmy Sharp. Niektóre z ich wymagań wydawały się na początku przytłaczające, ale udało nam się im sprostać.

Wierzę, że tylko dzięki pracom badawczo-rozwojowym i ciężkiej pracy odniesiemy sukces. Kiedy twoi partnerzy wskażą konkretne problemy, którymi należy się zająć, a twoi pracownicy ciężko pracują, aby je osiągnąć, osiągniesz lepsze wyniki. Nie sądzę, aby innowacja kiedykolwiek zadziałała, jeśli po prostu poprosisz swojego partnera, aby cię nauczył lub ułatwił ci życie. To nie zadziała, jeśli nie masz zaangażowania i chęci do osiągania nowych poziomów wiedzy specjalistycznej, aby zaspokoić potrzeby swojego partnera. Aby poprawić poziom badań i rozwoju, konieczne jest znalezienie firmy, która rozwinie Cię pod względem technicznym, zachowując jednocześnie partnerskie relacje na równych zasadach.

WIPO GREEN to publiczna platforma, której celem jest promowanie globalnych innowacji w obszarze zielonych technologii. Czy jesteś chętny do wsparcia tej inicjatywy?

Walka z globalnym ociepleniem jest obecnie najważniejszym problemem, przed którym stoi ludzkość. WIPO ZIELONY to bardzo ważna inicjatywa, która ma na celu wykorzystanie siły systemu własności intelektualnej do ochrony środowiska. Widzimy, że WIPO GREEN może być ważnym narzędziem umożliwiającym szybkie i powszechne przyjęcie i wykorzystanie na całym świecie OSLSI, które są wysoce energooszczędne. Uważam, że do osiągnięcia tego celu niezbędna jest współpraca z organizacjami międzynarodowymi, takimi jak WIPO.

Jaką masz radę dla młodych naukowców z aspiracjami do budowania lepszej przyszłości?

W przeszłości japońskie firmy kierowały się zaangażowaniem w jakość i ciężką pracą oraz wiarą, że przeciwności losu czynią ludzi mądrymi. Ale dzisiaj to wszystko prawie zniknęło. Musimy na nowo rozpalić to przekonanie, jeśli mamy dalej się rozwijać. Zasoby ludzkie i własność intelektualna są niezwykle ważne dla Japonii. Musimy zrobić więcej, aby promować większe zrozumienie w sądach wartości własność intelektualna (IP), aw szczególności patenty. Musimy również promować wśród ogółu społeczeństwa większą świadomość znaczenia własności intelektualnej. Jedynym sposobem, aby Japonia pozostała konkurencyjna na arenie międzynarodowej, jest wykorzystanie naszej własności intelektualnej.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2022/02/article_0006.html