Den nya generationens minneschip lovar att minska energianvändningen

juni 2022

By Catherine Jewell, Information and Digital Outreach Division, WIPO, Yuka Okakita och Tomomi Taguchi, WIPO Japan Office

Halvledare, "hjärnorna i modern elektronik", utan vilka de digitala enheter vi använder varje dag inte skulle fungera, har varit ansvariga för att driva fram framsteg inom digital teknik i decennier. Det banbrytande japanska företaget, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL), är världsledande inom detta område och fortsätter att bryta ny mark när det gäller att utveckla nästa generations högpresterande halvledarteknologier. Företagets grundare och VD, Mr. Shunpei Yamazaki, uppfinnare av "flashminne", är världens mest produktiva uppfinnare när det gäller antalet patent han har erhållit, enl Guinness World Records. Yamazaki diskuterar SEL:s engagemang för att uppnå koldioxidneutralitet genom innovation, betydelsen av immateriella rättigheter för dess affärsmodell och kulturen av öppen innovation som stödjer SEL:s banbrytande arbete.

Berätta för oss om den nuvarande inriktningen av SEL:s arbete och hur det stödjer globala miljömål.

Jag har arbetat inom halvledarområdet i flera decennier, ända sedan jag uppfann och patenterade det som kallas flashminne (patent nr JP 886343), vid 28 års ålder 1970. Flashminne är inbäddat i det mesta av det elektroniska enheter vi använder varje dag. I huvudsak gör det det möjligt att lagra data och information även när enheten är avstängd. Flash-minne är också den billigaste formen av halvledarminne eller datalagring. Jag hade aldrig drömt om att storskalig kiselintegrering (Si LSI) – som gjorde det möjligt att göra datorchips så kraftfulla när det gäller deras mikrobearbetnings- och datalagringskapacitet – skulle vara så utbredd, inte heller att den skulle bidra till den globala uppvärmningen på grund av dess höga strömförbrukning.

2009 hittade vi en ny kristallstruktur av oxidhalvledare (CAAC-struktur), vilket ger mer energibesparande datorchips eller LSI:er. I mer än 10 år nu har vi bedrivit intensiv forskning och utveckling för att förbättra prestandan hos LSI:er för att minska strömförbrukningen av datacenter och superdatorer.

Vårt mål är att göra halvledare mer energieffektiva. Genom vårt banbrytande arbete har vi utvecklat ett nytt halvledarmaterial med höga strömhållningsegenskaper. En Si FET har en läckström på cirka 10^-12A/µｍ när avstängd; å andra sidan har en OS FET (crystalline oxide semiconductor field-effect transistor) en extremt låg off-state ström på 10^-24A/µｍ. Det betyder att data kan lagras under lång tid. Genom att dra fördel av dessa höga strömhållningsegenskaper och kiselets goda elektriska egenskaper har vi utvecklat en ny Si/OS-kompositstruktur. Genom att utnyttja deras kombinerade synergistiska effekt strävar vi efter att skapa halvledarenheter med större energibesparande egenskaper som skulle kunna uppnås enbart med kiselteknologi. Ett brett utnyttjande och användning av denna nya teknik kommer i hög grad att bidra till kampen mot den globala uppvärmningen.

För dem som inte är bekanta med halvledare, kan du säga några ord om vilken roll de spelar och deras betydelse i den moderna världen?

Alla elektroniska enheter vi använder varje dag, våra smartphones, bärbara datorer, tv-apparater, datorer och så vidare, använder halvledare. Deras användning har blivit så utbredd och så vanlig att människor tenderar att ta sin roll och betydelse för given. Människor är i allmänhet omedvetna om att de förbrukar enorma mängder elektricitet när de använder dessa enheter, vilket i sin tur bidrar till den globala uppvärmningen.

Hur passar SEL:s arbete in i Japans och andra länders ambitioner att digitalisera och koldioxidutlösa sin ekonomi?

Japans handlingsplan för tillväxtstrategi som godkändes i juni 2021 av Yoshihide Suga som var premiärminister vid den tiden, belyser regeringens engagemang för att främja utveckling och produktion av avancerad halvledarteknik, med tanke på deras låga energiförbrukande egenskaper. Strategin beskriver också regeringens mål att: a) göra alla nya datacenter 30 procent mer energieffektiva till 2030; b) omvandla en del av den el som används av inhemska datacenter till förnybar energi; och c) göra halvledar- och informationskommunikationsindustrin koldioxidneutral till 2040.

Sommaren 2021 hade vi en möjlighet att introducera SEL:s hyperenergibesparande kristallina oxidhalvledar LSI (OSLSI)-teknologi till ministeriet för ekonomi, handel och industri (METI). Statsministern hade informerats om potentialen hos SEL:s OSLSI-teknik för att bidra till regeringens gröna politiska mål och var intresserad av att lära sig mer om det. Vi blev inbjudna att utarbeta ett dokument som beskriver egenskaperna hos den tekniken. Dokumentet fungerade som grund för en detaljerad information om SEL och vår teknik av METIs biträdande generaldirektör till premiärministern. METI följde sedan upp med oss ​​igen.

Vi tror att ett brett utnyttjande och användning av vår banbrytande OSLSI-teknik kommer att ge ett betydande bidrag till att lösa den globala uppvärmningen.

2016 förnyades ditt bidrag i Guinness World Records som uppfinnaren som krediteras med flest patent. På den tiden hade du över 11,350 XNUMX patent på ditt namn. Vad inspirerar ditt arbete och driver dig att fortsätta utveckla banbrytande teknologier inom detta område?

Jag hade alltid fått dåliga poäng i skolan, men under mitt andra år på universitetet började jag arbeta med professor Yogoro Kato (sedan blev han emeritusprofessor vid Tokyo Institute of Technology), och han stöttade mig mycket. Jag jobbade med honom i fem år. När jag berättade för honom att jag ville gå till Stanford University i USA, som var halvledarnas Mecka på den tiden, blev han rasande på mig och övertygade mig om att fortsätta mina studier i Japan under hans ledning. Man kan inte jämföra liv, så jag vet inte om mitt val att ge upp att åka till USA var bra eller inte, men det var verkligen en vändpunkt i mitt liv. Jag började inte som en lysande student, men tack vare professor Kato, som tog mig under sina vingar, är jag här idag. Och jag fortsätter min forskning för att behålla tro på hans läror. Han var en stor lärare.

Alla elektroniska enheter vi använder varje dag, våra smartphones, bärbara datorer, tv-apparater, datorer och så vidare använder halvledare... Människor är i allmänhet omedvetna om att de förbrukar enorma mängder elektricitet när de använder dessa enheter, vilket bidrar till den globala uppvärmningen.

SEL fortsätter att fokusera på utvecklingen av banbrytande, ny teknik. Hur stödjer patentering spridningen och spridningen av er teknik runt om i världen?

Som ett FoU-fokuserat företag är patent extremt viktigt för oss, precis som professor Kato lärde oss. Immateriella rättigheter är en fantastisk mekanism, men patent genererar inga inkomster om inte produkterna de skyddar är säljbara. Karaktären av ett FoU-företag är sådan att det är viktigt att slå ut på marknaden så många gånger och så effektivt som möjligt.

Med vår portfölj av immateriella rättigheter kan vi med säkerhet väcka talan mot vilken part som helst som gör intrång i våra rättigheter utan att vika oss. På så sätt har vi kunnat utnyttja våra rättigheter och utöka vår marknadsandel effektivt. Det är dock viktigt att ha en patenträtt som kan utnyttjas på rätt sätt. Därför är det så viktigt att utarbeta en patentspecifikation som bygger på FoU-resultat och som tydligt anger patentets syfte och effekt. Dessutom är strategisk användning av ett patent avgörande för att FoU-aktiviteterna ska kunna expandera, för att patentets värde ska öka och för att intäkterna från licensiering ska växa. Strategisk användning av patenträttigheter kan också innebära rättsliga åtgärder.

Kan du säga några ord om SEL:s innovationskultur och dess vägledande principer?

Sedan SEL grundades 1980 har vi engagerat oss i att bidra till världens framsteg genom FoU. Vår första partner var Sharp Corporation, världsledande inom halvledare och TV-apparater med flytande kristaller vid den tiden. Partnerskapet kom till tack vare en introduktion från en bekant. Men när vi började forska med Sharp ansåg de att vår FoU-nivå var för låg. Från den tidpunkten arbetade SEL hårt för att nå Sharps krävda nivå. Vissa av deras krav verkade först överväldigande, men vi lyckades hålla jämna steg med dem.

Jag tror att endast genom FoU och hårt arbete kommer vi att bli framgångsrika. När dina partners pekar ut specifika problem som måste åtgärdas och dina anställda arbetar hårt för att uppnå dem, kommer du att ge bättre resultat. Jag tror inte att innovation någonsin kommer att fungera om du bara ber din partner att lära dig eller göra det enkelt för dig. Det kommer inte att fungera om du inte har engagemanget och drivkraften att uppnå nya nivåer av expertis för att möta din partners behov. För att förbättra FoU-nivåerna är det viktigt att hitta ett företag som kommer att sträcka dig tekniskt, samtidigt som du upprätthåller en jämlik relation som partner.

WIPO GREEN är en offentlig plattform som strävar efter att främja global innovation inom området grön teknik. Är du villig att stödja detta initiativ?

Att tackla den globala uppvärmningen är den viktigaste frågan som mänskligheten står inför idag. WIPO GRÖN är ett mycket viktigt initiativ som syftar till att utnyttja kraften i systemet för immateriella rättigheter för att skydda miljön. Vi ser att WIPO GREEN kan vara ett viktigt medel för att möjliggöra ett snabbt och utbrett upptagande och användning över hela världen av OSLSI, som är mycket energieffektiva. Jag tror att samarbete med internationella organisationer som WIPO är avgörande för att uppnå detta mål.

Vilka råd har du till unga forskare med ambitioner att bygga en bättre framtid?

Tidigare drevs japanska företag av ett engagemang för kvalitet och hårt arbete och tron ​​på att motgångar gör människor kloka. Men idag har det nästan försvunnit. Vi måste återuppväcka den tron ​​om vi ska fortsätta att trivas. Mänskliga resurser och immateriella rättigheter är oerhört viktiga för Japan. Vi måste göra mer för att främja större förståelse i domstolarna för värdet av immateriella rättigheter (IP) rättigheter och patent i synnerhet. Vi måste också främja en större medvetenhet bland allmänheten om vikten av immateriella rättigheter. Det enda sättet för Japan att förbli konkurrenskraftigt internationellt är genom att använda våra immateriella rättigheter.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2022/02/article_0006.html