美国《EE Times》杂志预测2010年xx新兴技术

美国《EE Times》杂志预测2010年xx新兴技术

 

 

本报记者张巍巍综合外电

    转眼间,时间已经走到了2009年的{zh1}一个月份。纵观全球,经济危机的阴影还未xx褪去,这使得技术变革的呼声变得越发响亮,而加大对新产品研发的投资力度则是推动技术变革的重要力量。

    众所周知,市场和繁荣决不会以相同的模式回归。虽然软件的影响力和重要性或将在明年得到延续,但硬件技术的发展将更可能在下一年的技术发展中交出不俗的答卷。而这也正是xx电子技术类杂志《EE Times》预测的2010年xx新兴技术所侧重的领域。

    值得xx的是,一些长期可实现的科技趋势并未出现在这次的榜单上,而那些短期内可实现的、在能源节约和二氧化碳减排等方面具有优势的技术却在此次的评选中相对抢眼。与此同时,它们还将推动其他相关新技术的发展。尽管我们不能对明年的科技发展态势做出xx准确的预测,但部分技术以及与其有关的厂商都将在2010年的行业格局变革中发挥积极的作用。具体榜单如下:

 

 


  1. 电子设备的生物反馈及其思想控制

  作为生物反馈(biofeedback)理论的创始人之一,巴斯马吉安认为生物反馈是一种运用仪器(通常为电子仪器)通过视觉或听觉信号,揭示人体内部活动的方法。其具体表现为利用电子仪器把体内的活动状态加以放大,变成人类能够感知的信号,通过视觉或听觉呈现给人们,使其可以操纵甚至改变这种信号,达到操纵、改变体内原来觉察不到的或不受人们意识支配的生理活动。比如,心脏跳动的快慢一般是人们意识不到的,也难以轻易使之加快或减慢。但如果我们把心脏活动所产生的电子信号加以放大,使它变成可看到的视觉信号或者可听到的声音信号,通过使视觉信号变大或者变小,使声音信号变高或者变低,就能达到加快心率或是减慢心跳的目的。

  相当数量的企业和研究机构已证实,通过安置于头顶或是耳机上的传感器,被捕获的脑波可被用于电脑系统的控制。其目前主要应用于医疗和军事领域,例如能让重度伤残人士与外界进行交流或控制外部环境等。此外,这类技术也越来越多地被用于消费电子产品与电脑游戏的控制界面之中。

  2. 印刷电子

  印刷电子技术是一种运用薄膜硅和半导体来制作薄膜晶体管的技术,能取代部分硅晶芯片所提供的简单功能,其可结合液体功能性材料和先进的印刷设备来创建半导体元件和电子电路。以这种技术制成的器件在功能上与同类的硅基产品类似,但成本更低,并具有大量新的技术特性,如薄、轻、灵活、可弃性、透明性、大尺寸,以及可定制光学特征和更快的周转速度等优势,可在广泛范围内实现应用,如用于移动设备、RFID标签、电子书和大型可变化广告牌显示屏等。

  印刷电子还将在医疗和工业应用中的大型成像传感器、实验室系统中的微型传感器和生物特征识别系统中大显身手,并能在能量供应领域发挥作用:灵活高效的光电电池可以为移动设备和商用或住宅设备供电,而轻巧的光电薄膜电池则能为印刷电子设备供电。

  3. 塑料内存

  塑料内存是基于常见导电聚合物聚噻吩 (Polythiophene)的技术,该聚合物不溶不熔,有很高的强度,能实现塑料内存的重复读写;数据保存时间可超过十年,读写次数可达一百多万次。塑料内存不仅制造成本低廉、存储量大、运行速度快,更具备硅基内存难以比拟的柔软性和透明性。学界认为,塑料内存能够打破目前硅晶芯片面临的诸多局限,为太阳能电池、超大屏幕和RFID标签等众多领域带来全新的解决方案。

  据报道,塑料内存的资料储存密度可达每平方毫米1MB。若以1立方厘米进行计算,可储存的资料则高达1GB,储存成本足以与CD或DVD进行抗衡。由于印刷术或可在塑料内存的生产中起到积极的作用,塑料内存与印刷电子技术也存在着相当的联系。

  4. 无掩膜光刻

  无掩膜光刻是一类不采用光刻掩膜版的光刻技术,即采用电子束直接在硅片上制作出需要的图形。其具备分辨率高、成本较低等优势,但也存在着生产效率低、电子束之间的干扰易造成邻近效应等缺陷。

  作为一种可与光学光刻相比拟的新技术,无掩膜光刻能帮助半导体器件制造商更快地完成从设计到将图形制作在晶圆上的过程。《国际半导体技术发展路线图》(ITRS)公布的光刻规划中,无掩膜技术可在32纳米的技术节点上显现,其被认为适用于32纳米及更先进的芯片生产。但当前业界普遍认为,浸入式光刻与双重图形技术很可能在32纳米的节点上继续沿用,而更小的技术节点或将采用超紫外光刻(EUV)技术。无掩膜光刻只是降低光掩膜成本的一个潜在解决方案,其在产能等一系列问题解决之前,很可能只是一种细分的光刻技术,仍需时日才可与主流光刻技术同台竞技。


  5. 并行处理技术

  当前,并行处理技术已经以双核和四核个人电脑处理器,以及用于嵌入应用的多核异质处理器的形式而存在,如双核处理器就是在一个处理器上集成两个运算核心,可有效提高处理器的性能和计算能力。但目前业界对多核处理器如何编程、如何充分发挥其运算能力与功率效率仍是知之甚少。自多核处理器问世以来,这一直是困扰信息技术领域的核心问题之一,至今也未得到良好的解决。不过,OpenCL、Cuba等业界的先行者已为我们描绘出了将图形处理器作为通用处理器、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和软件可编程处理器阵列的美好前景。2010年,我们期待着以多核处理器为代表的并行处理技术能够获得更大的突破。

     6. 能量收集

  能量收集又称能量采集,这并非新的设想,如动能供给的手表就在多年前已经面世。但当电子电路的消耗从毫瓦降至微瓦时,以电网或是电池为电子电路提供能量的做法或将成为历史,而收集并利用周围能量的供给方式将进入人们的视野,给人类生活带来深远的影响。  

  研究公司IDTechEx就指出,能量收集技术的应用范围遍及消费电子、军事、航天、建筑、大众运输等众多领域。通过收集周围的能量,人们可将其转换为电力,供给小型独立装置使用,实现手机、卫星和笔记本电脑等装置的能源自给。而能量收集技术的另一个应用领域是在机械装置和车辆上广泛地使用以振动供能的无线传感器。由于不需要电池提供能量,这种传感器也免除了维修的需要。到2010年,移动设备的生产商不得不着眼于能量收集技术,以延长自身产品的电池使用寿命。

    7. 生物电子与人脑研究

  2010年,生物电子与人脑研究领域的研究工作或许将多于开发,但生物与电子技术的结合已经近乎成熟,可以进行开发利用。此前,科学家已尝试将硬件植入动物体内,比如植入其皮肤下面的智能标签,或是人类使用的心脏起搏器等,但其在医疗护理方面的成本仍需大幅降低。

  随着业界在微机电系统(MEMS)、有机电子组件制造等方面技术的进展,活体组织与电子电路的整合程度也得到了显著提高。芯片实验室(Lab-on-a-chip)就是这项技术不断发展的例证之一。不仅如此,我们还有可能在电子寻址的基板上培育生物细胞;实现生物体外诊断的可能性也已经确定;探究个别细胞的电子行为信息及其对xx的反应,是研究阿尔茨海默氏症(老年痴呆症)和帕金森氏综合征等心脏疾病和神经疾病的主要xx点。简而言之,我们预计生物电子技术的大量研究和不断出现的成就,仍然是这一技术发展的主流趋势。

     8. 记忆电阻器/电阻式随机存储器

  早在1971年,美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少堂就从理论上预言,除电容、电感和电阻之外,电子电路还应存在第四种基本元件,即记忆电阻(简称忆阻)。实际上,记忆电阻是一种具有记忆功能的非线性电阻,其可通过电流的变化控制阻值的变化,如果将忆阻的高阻值和低阻值分别定义为1和0,就可以通过二进制的方式来存储数据。值得一提的是,每次电压被切断时,整个电阻就会被冻结;但当电压重新接通时,系统仍能“记得”之前停在哪里,从相同的电阻状态中“苏醒”。这就意味着记忆电阻可以铭记自身的历史电路,即使在被关闭的情况下仍然具备这一功能。这或将实现电脑的瞬间开启,彻底颠覆人们的固有观念。

  目前许多较大规模的集成器件制造商都在加大对电阻式随机存储器(RRAM)的投入。其具有制备简单、擦写速度快和存储密度高等众多优势,是一种新型的存储概念。由于电阻发生变化的区域很小,可有效缩小存储单元的体积;而利用RRAM中存在的水平电阻转变,则能在不改变存储单元体积的情况下实现更多的信息存储。此外,RRAM还具备良好的半导体工艺兼容性,可基于现有的半导体工艺进行生产,大大缩减开发的成本。

  9. 直通硅晶穿孔

  先进的硅芯片表面最上部的导线堆栈(interconnect stack)深度很深,并能跟随最小的几何体表现出显著的差异。我们一直认为这可能会导致芯片前端(front-end)的制造分割成若干个不同的阶段,甚至可能在不同的晶圆厂内出现。由于市场营销和技术方面的原因,这种对于将多颗裸晶(multiple die)堆叠在单一包装内的渴望需要更复杂的导线;而直通硅晶穿孔技术(TSV)能xx穿透硅晶片或裸晶,是制造3D包装的关键。2009年5月,奥地利微电子公司开始在工厂内生产TSV组件,客户群体是将CMOS集成电路与传感器组件等进行3D整合的厂商;而在2010年,将会涌现出更多类似的组件。

  10. 多种多样的电池技术

    目前,电池技术已经相对成熟,不会依据摩尔定律进行快速的技术更新。而我们对于电池的依赖却在与日俱增,希望其能储存更多的能量,为各类电子装置提供电力,尽管电池在存储密度过大时,也存在着相当的危险性。毋庸置疑,如果电池技术不能取得进一步的突破,汽车与环保技术结合等规划也就成为了空谈。

  近年来,基于镍和锂等原料的电池研究取得了一定进展,有望取代值得尊敬但问题稍多的碱性锰干电池。锂电池是以锂为负极的电池,它是上世纪60年代以后发展起来的新型高能量电池。其优点是单体电池电压高,比能量大,储存寿命长(约10年左右),高低温性能好,可在零下40摄氏度至150摄氏度使用。缺点是价格昂贵,安全性欠佳,存在电压滞后等亟须改善的问题。近年来大力发展动力电池和新的正极材料的出现,特别是磷酸亚铁锂材料的发展,对锂电池发展的帮助很大。


  此外,可充电式锌空气(zinc-air)电池的研制成功,也为电池技术的发展增加了新的助推力。锌空气电池以空气中的氧气作为正极活性物质,有碱性和中性两种系列。其比能量较高,可达每千克400瓦小时,是一种高性能的中功率电池,正在向高功率电池的方向发展。中性空气干电池原料丰富、价格低廉,但只能在小电流下工作。碱性空气干电池可大电流放电,连续放电比间歇放电性能好。由于金属空气电池工作时要不断地供应空气,因此它不能在密封状态或缺少空气的环境中工作。此外,电池中的电解质溶液易受空气湿度的影响而使电池性能下降,降低电池的可靠性和使用寿命。

  而纳米电池的横空出世,更为电池技术的发展之路指明了新的方向。纳米电池是用纳米材料(如纳米氧化锰和纳米氢氧化镍等)制作的电池,兼备纳米材料特有的微型结构以及隧道量子效应等独特的物理化学性能。如可被用于电动汽车、电动摩托车和电动助力车的纳米活性碳纤维电池,一次充电只需要20分钟左右,可循环充电1000次,连续使用10年左右;平路行程可达400公里,重量约为128千克。而一般的镍氢电池充电需要数个小时,平路行程仅为300公里。

  预计2010年将有更多的智能电池技术问世,和集成电路一样,给人们带来更多的惊喜

 

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