Новое поколение микросхем памяти предвещает снижение энергопотребления

Новое поколение микросхем памяти предвещает снижение энергопотребления

Кэтрин Джуэлл, Отдел распространения информации и цифрового контента, ВОИС, Юка Окакита и Томоми Тагучи, Бюро ВОИС в Японии

Полупроводники, «мозг современной электроники», без которого цифровые устройства, используемые нами повседневно, не смогли бы работать, уже десятилетиями определяют успехи в области цифровых технологий. Инновационная японская компания Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL) является мировым лидером в этой отрасли и продолжает совершать прорывы в разработке высокопроизводительных полупроводниковых технологий нового поколения. Основатель и президент компании, г-н Сюмпэй Ямадзаки, создатель флеш-памяти, вошел в Книгу рекордов Гиннесса как самый результативный изобретатель в мире по числу полученных патентов. Г-н Ямадзаки рассказал Журналу ВОИС о приверженности SEL достижению углеродной нейтральности через инновации, о важности интеллектуальной собственности для бизнес-модели компании и о культуре открытых инноваций, поддерживающей новаторскую деятельность SEL.

Расскажите, на чем сосредоточена текущая работа SEL и о том, как Ваша компания содействует достижению глобальных экологических целей.

Я работаю в сфере полупроводников уже несколько десятилетий, с тех самых пор, как в 1970 году в возрасте 28 лет изобрел и запатентовал технологию, известную под названием «флеш-память» (патент № JP 886343). Флеш-память встроена в большинство электронных устройств, которые мы используем каждый день. По сути, она позволяет сохранять данные и информацию даже при выключении устройства. Кроме того, это наименее дорогостоящая форма полупроводниковых запоминающих устройств или хранилищ данных. Я даже не мог представить, что кремниевые большие интегральные схемы (Si БИС), которые позволили сделать компьютерные чипы такими мощными с точки зрения микропроцессорной обработки и емкости хранения данных, станут повсеместными и что они будут содействовать глобальному потеплению из-за высокого энергопотребления.

В 2009 году мы обнаружили новую структуру оксидных полупроводников: кристаллы, ориентированные по оси С (CAAC), которые улучшают энергосберегающие характеристики компьютерных чипов, или БИС. Сейчас, более 10 лет спустя, мы продолжаем интенсивные НИОКР с целью улучшить характеристики БИС, чтобы центры обработки данных и суперкомпьютеры потребляли меньше электроэнергии.

Наша цель состоит в том, чтобы сделать полупроводники более энергоэффективными. Благодаря своей новаторской деятельности мы разработали новый материал для полупроводников, обладающий высокими показателями удержания тока. Ток потерь кремниевого полевого транзистора (Si FET) в выключенном состоянии равен примерно 10-12 А/мкм, в то время как в закрытом состоянии в полевом транзисторе с кристаллическим оксидным полупроводником (OS FET) плотность тока крайне низкая — всего 10-24 А/мкм. Это означает, что данные могут сохраняться длительное время. Воспользовавшись такими высокими показателями удержания тока и хорошими электрическими свойства кремния, мы разработали новую смешанную структуру (Si/OS). Используя совокупный синергетический эффект, мы стремимся создавать полупроводниковые устройства с улучшенными энергосберегающими свойствами, которых невозможно достичь с помощью одной только кремниевой технологии. Широкое освоение и использование этой новой технологии внесет большой вклад в борьбу с глобальным потеплением.

Могли бы Вы коротко рассказать тем, кто не разбирается в полупроводниках, об их роли и важности в современном мире?

Во всех электронных устройствах, которые мы используем ежедневно, — наших смартфонах, ноутбуках, телевизорах, компьютерах и т.д. — используются полупроводники. Их применение стало настолько распространенным и привычным явлением, что люди обычно воспринимают их роль и важность как нечто само собой разумеющееся. Как правило, люди не представляют, что при использовании эти устройства потребляют огромные объемы электроэнергии, которые, в свою очередь, способствуют глобальному потеплению.

Как деятельность SEL соответствует стремлению Японии и других стран цифровизировать свою экономику и отказаться от углеводородов?

В Плане действий по реализации стратегии роста, утвержденном в июне 2021 года г-ном Есихидэ Суга, занимавшим на тот момент пост премьер-министра, подчеркивается приверженность правительства развитию и производству передовых полупроводниковых технологий, учитывая их низкое энергопотребление. В Стратегии также описывается цель Правительства а) сделать все новые центры обработки данных на 30 процентов более энергоэффективными к 2030 году; б) получать часть электроэнергии, используемой отечественными центрами обработки данных, из возобновляемые источников; и в) сделать полупроводниковую промышленность и информационно-коммуникационную отрасль углеродно-нейтральными к 2040 году.

Летом 2021 года компания SEL получила возможность представить суперэнергосберегающую БИС на кристаллическом оксидном полупроводнике (OSLSI) Министерству экономики, торговли и промышленности (METI). Премьер-министру сообщили о том, что технология OSLSI от SEL может содействовать реализации экологической политики государства, и он выразил желание узнать о нашей разработке больше. Нас попросили подготовить документ с описанием свойств этой технологии. Данный документ лег в основу подробного доклада о SEL и нашей технологии, который заместитель министра экономики сделал для премьер-министра. Затем METI связалось с нами снова.

Мы убеждены, что повсеместное освоение и использование нашей новаторской технологии OSLSI внесет значительный вклад в решение проблемы глобального потепления.

В 2016 году Вы вновь вошли в Книгу рекордов Гиннесса как изобретатель с наибольшим числом патентов. На тот момент на Ваше имя было зарегистрировано 11350 патентов. Что вдохновляет Вашу деятельность и побуждает Вас продолжать разработку новаторских технологий в этой области?

Я всегда получал плохие оценки в школе, но на втором курсе университета я начал работать с профессором Йогоро Като (впоследствии он стал почетным профессором Токийского технологического института), и он очень меня поддерживал. Я работал с ним на протяжении пяти лет. Когда я сказал ему, что хочу поступить в Стэнфордский университет в США, который на тот момент был Меккой полупроводников, профессор рассердился и убедил меня продолжить обучение в Японии под его руководством. Нам не дано проверить, как сложилась бы наша жизнь, поэтому я не знаю, был ли мой отказ от учебы в США правильным или нет, но этот момент, безусловно, оказался поворотным в моей жизни. Изначально я не был выдающимся студентом, но благодаря профессору Като, взявшему меня под свое крыло, я стал тем, кем являюсь. И я продолжаю исследования, следуя его заветам. Он был превосходным наставником.

Во всех электронных устройствах, которые мы используем ежедневно, — наших смартфонах, ноутбуках, телевизорах, компьютерах и т. д. — используются полупроводники... Как правило, люди не представляют, что при использовании эти устройства потребляют огромные объемы электроэнергии, которые, в свою очередь, способствуют глобальному потеплению.

SEL по-прежнему сосредоточивает усилия на разработке беспрецедентных новых технологий. Как патентование поддерживает их распространение и освоение по всему миру?

Наша компания ориентирована на НИОКР, и патенты для нас чрезвычайно важны, как и наставлял профессор Като. Интеллектуальная собственность является отличным механизмом, однако патенты приносят доход, только если охраняемые ими объекты востребованы рынком. Цель компании, которая специализируется только на НИОКР, состоит в том, чтобы вывести товар на рынок как можно больше раз и максимально эффективно.

С нашим портфелем прав на интеллектуальную собственность мы можем, не моргнув глазом, решительно подать иск против любого лица, которое нарушает наши права. Так нам удавалось воспользоваться своими правами и успешно увеличивать нашу долю рынка. Однако необходимо иметь патентное право, которое можно применить должным образом. Именно поэтому так важно, чтобы патентное описание было составлено на основе НИОКР и содержало четко сформулированные цель и сферу действия патента. Кроме того, стратегическое использование патента необходимо для расширения деятельности в области НИОКР, для увеличения ценности патента и для роста доходов от лицензирования. Стратегическое использование патентных прав может также включать в себя подачу исков.

Могли бы Вы сказать несколько слов о культуре инноваций SEL и ее руководящих принципах?

С момента основания SEL в 1980 году мы вносим свой вклад в мировой прогресс через НИОКР. Нашим первым партнером стала корпорация Sharp, на тот момент являвшаяся мировым лидером в области производства полупроводников и телевизоров с жидкокристаллическим экраном. Это сотрудничество началось через одного знакомого. Однако, когда мы приступили к совместным исследованиям, в Sharp посчитали наш уровень НИОКР слишком низким. Тогда SEL стала активно работать, чтобы достичь необходимого Sharp уровня. Поначалу некоторые предъявленные требования казались непомерными, но нам удалось до них дорасти.

Я убежден, что мы будем успешны только благодаря НИОКР и упорному труду. Когда ваши партнеры указывают на конкретные вопросы, требующие решения, а ваши сотрудники усердно над ними работают, вы добьетесь более высоких результатов. Я не думаю, что инновации будут эффективны, если просто попросить партнера научить вас или упростить вам задачи. Ничего не получится, если у вас нет заинтересованности и стремления выйти на новые высоты компетентности, необходимые вашему партнеру. Для повышения уровня НИОКР важно найти компанию, которая будет заставлять вас расти в техническом плане, оставаясь при этом на равных в качестве партнера.

«ЗЕЛЕНАЯ ВОИС» — это общественная платформа, содействующая глобальным инновациям в сфере экологически чистых технологий. Готовы ли Вы поддержать эту инициативу?

Борьба с глобальным потеплением является самой значимой проблемой, стоящей перед человечеством на сегодняшний день. «ЗЕЛЕНАЯ ВОИС» — это очень важная инициатива, задействующая возможности системы интеллектуальной собственности для охраны окружающей среды. Мы видим, что «ЗЕЛЕНАЯ ВОИС» может стать важным инструментом для быстрого и широкого освоения и дальнейшего использования OSLSI во всем мире, т.к. они потребляют очень мало электроэнергии. Я убежден, что сотрудничество с международными организациями, и в том числе ВОИС, необходимо для достижения этой цели.

Какой совет Вы можете дать молодым ученым, желающим сделать будущее лучше?

Раньше японскими компаниями двигала приверженность качеству и усердному труду, а также вера в то, что испытания делают людей мудрее. Сегодня такого почти не встретишь. Нам нужно возродить эту веру, если мы хотим преуспевать и дальше. Для Японии необыкновенно важны человеческие ресурсы и интеллектуальная собственность. Нам необходимо приложить дополнительные усилия, чтобы суды лучше понимали ценность прав интеллектуальной собственности (ИС), и в особенности патентов. Нам также необходимо повышать осведомленность широкой общественности о важности интеллектуальной собственности. Только так Япония останется конкурентоспособной на международном уровне благодаря использованию нашей интеллектуальной собственности.

«Журнал ВОИС» призван помочь читателям улучшить свое понимание интеллектуальной собственности и деятельности ВОИС и не является официальным документом ВОИС. Используемые в этой публикации обозначения и представляемые материалы никоим образом не выражают мнение ВОИС относительно правового статуса каких бы то ни было стран, территорий или районов или их органов власти или относительно делимитации их границ. Данная публикация не преследует цели отразить точку зрения государств-членов или Секретариата ВОИС. Упоминание в публикации конкретных компаний или продуктов определенных производителей не означает, что ВОИС их поддерживает или рекомендует или отдает им предпочтение перед другими аналогичными компаниями и продуктами, которые в материалах не упомянуты.