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.