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预测:2010年IT十大潜力新兴技术

2010-01-1315:21来源:

经历了惨重的产业衰退,好不容易感受到景气复苏的科技厂商们,该是重新振作投入创新研发的时候了…但2010年什么会红?该把钱砸在哪里才不会变冤大头?以下是EETimes美国版所选出的、值得特别注意的十项新兴技术。

虽然软件看来也将在2010年扮演要角,不过以下选出的十大潜力新兴技术主要是硬件方面的,且特别看重其在省电、降低二氧化碳排放量、精简材料等方面的条件(这些条件也可说是推动那些技术的主要力量);至于那些已经是主流话题、或是还需要长期发展的技术项目则未考虑在内。

当然,这十项由编辑们选出的技术(排列顺序并无特别规则),也许不是百分之百准确成为2010年的明星,但它们对整个产业的影响力还是值得关注;如果读者们有其他的看法与预测,欢迎一起讨论!

1.对电子装置的生物回馈(biofeedback)与思想控制

有不少企业或研究机构都展示过如何利用装置在头盔或是耳机上的传感器来撷取脑波,并用以控制计算机系统。这类技术主要应用在医疗──让重度身障人士能进行沟通或是控制环境──以及军事领域,也越来越常用以做为消费性电子装置与计算机游戏的控制接口。

听起来也许有点像科幻小说,但藉由思想控制(thought-control)的人机接口已经存在了,例如一家总部位于美国旧金山的公司Emotiv Systems,就正在推广这种技术。

2.印刷电子

能快速印刷出多个导体/绝缘体或半导体层以形成电路的技术,可望催生比目前采用传统制程生产之IC成本更低芯片。通常印刷半导体意味着使用性能与硅大不相同的有机材料,甚至所生产之组件尺寸也能超越硅材料的极限。此外还有许多应用获益于低价、软性基板的性能;例如RFID标签,还有显示器的主动矩阵背板 (active-matrix backplane)。

有一家美国厂商Kovio则是专精印刷式硅电子组件技术,该公司自2001年成立以来就深耕印刷电子市场,并在2009年7月宣布获得2,000万美元资金,将把这笔钱用于将该公司的RF条形码推向商业化量产。

3.塑料内存

塑胶内存也可能适合以印刷制程来生产,并像上面的印刷电子组件一样,能比硅材料有更好的性能表现、成本也更低。挪威业者Thin Film Electronics就是这种技术的专家之一,该公司多年来致力将该技术商业化,并曾与大厂英特尔(Intel)合作过一段时间。

塑胶内存是以具铁电(ferroelectric)特性的聚合物Polythiophenes为基础,可重复读写、非挥发性;根据Thin Film Electronics介绍,其资料保存期限可超过十年,读写周期超过百万次。在2009年9月,一家德国公司PolyIC还使用塑料内存技术,以聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)做为基板,用滚动条是制程生产出20bit的塑料内存。

4.无光罩微影

大多数人可能会问,超紫外光微影(extreme ultra violet lithography,EUV)究竟何时可取代浸润式微影技术?但现在有匹大黑马跳出来──即采用电子束(electron beam)技术为基础的无光罩微影(Maskless lithography)。

荷兰业者Mapper Lithography则是该技术的主要推手。2009年7月,Mapper提供了12吋晶圆用电子束微影平台给法国的研究机构CEA-Leti,让晶圆代工大厂台积电(TSMC)在该处进行相关制程研发。

5.并行处理技术

这种技术已经以双核心/四核心PC处理器的形式存在,还有嵌入式领域应用的多核心异质处理器(multicore heterogeneous processors);不过到目前为止,对于多核心处理器如何编程,以及如何充分发挥其运算能力与功率效益,业界还是少有形式上的理解。

自从多核心处理器问世以来,上述问题一直是困扰IT领域与整个产业界,而且我们距离解决方案还有好一段距离;目前OpenCL、Cuba等计划都是试图有所突破的行动,在2010年可望看到更多的进展。

6.能量采集

能量采集(energy harvesting)并不是一个新题目,例如自动表(motion-powered wristwatch)就已经存在多年;但当电路的功率消耗量从毫瓦(milliwatts)缩小到微瓦(microwatts,千分之一毫瓦)等级,有趣的事情就发生了…启动电路可能再也不需要电线或是电池,而可以透过各种环境现象,而这种技术可能会带来深远的影响。

最初的振动供电(vibration-powered)无线传感器应用之一,是装置在汽车机械中;这种无电池传感器应用的主要考虑,就是免除了维护的需要。有家德国公司EnOcean则专长于无电池无线开关技术,可应用在住宅自动化领域;该公司并正在推动相关技术的标准化工作。

手机大厂Nokia也正在观察手机用能量采集技术的可能性,不过目前还没有任何原型产品;而到2010年,所有的行动设备业者将不得不关注能量采集技术,或者是至少得好好思考一下如何延长产品的电池续航力。

7.生物电子与人脑研究

在 2010年,研究阶段的进展似乎多过于开发阶段,但生物学与电子学的结合技术,已经成熟到可以应用。我们已经对那些植入动物体内的硬件组件习以为常,像是宠物芯片等注射到动物皮下的电子卷标,或是人类应用的心律调整器;而想要在提升医疗照护质量同时,又能降低相关费用的需求也是越来越急迫。

产业界在微机电系统(MEMS)、有机电子组件制造等方面技术的进展,改善了活体组织与电子电路的整合程度。实验室单芯片(Lab-on-a-chip)就是相关技术的展现之一,IBM最近也发表了该类芯片样品;未来甚至也有可能在可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已经很确定。

这类技术的主要目标,是探索个别细胞的电气特性信息与它们对药物的反应,以进行心脏与神经方面的疾病,如阿兹海默症(老人失智症)、帕金森氏症等方面的研究。所以短期之内,我们可预期将有更多生物电子学技术跃上台面。

8.电阻式内存/忆阻器

业界对通用内存的追寻仍在持续;这种内存需要像DRAM那样简单,甚至最好能像是那些电容器。此外理想的内存要能在断电情况下仍能保存数据数年,使用循环周期至少要达百万次等级;这类内存最好使用传统的制造方法就能轻松生产,使用的材料也别超出传统晶圆厂可负担的范围…

但遗憾的是我们迄今尚未发现梦幻内存…是这样吗?

2009 年,在导电金属氧化物(conductive metal oxide,CMOx)技术领域默默耕耘七年的Unity Semiconductor终于熬出头;其他也有内存相关技术进展的新兴业者还包括4DS、Qs Semiconductor与Adesto Technologies。

我们也看到许多较大规模的IDM厂积极进军电阻式内存(RRAM),还有忆阻器(memristor)技术的发展。相关信息可参考:全新忆阻器改写电路理论RRAM可望成为杀手级应用?

9.直通硅晶穿孔

在先进硅芯片表面最上方的导线堆栈(interconnect stack)深度,可以达到很深且非常精细的程度;而我们认为这样的趋势将导致芯片前段(front-end)制程分成不同阶段,甚至可能分别再不同的晶圆厂进行。

这种将多层裸晶堆栈在单一封装内部的需求,需要更细致的导线;而直通硅晶穿孔技术(through-silicon-via,TSV)能完全穿透硅晶圆或裸晶,是制造3D芯片的重要关键。Austriamicrosystems公司已在2009年五月开始生产TSV组件,锁定供应将CMOS芯片与传感器组件等进行3D整合的客户;类似的组件在2010年将会有更多。

10.五花八门的电池技术

已经非常成熟的电池技术无法像是依循着摩尔定律(Moore's law)的IC那样,继续在能量密度上有所进展;但无可讳言,虽然我们希望电池能储存更多的电能,那也有可能带来其他的安全性风险。

各种可携式电子设备都需要电池来供电,诉求环保的电动车若是少了电池也不再有未来;最近在镍氢、锂电池化学成分的研究上有一些最新发展,有家ReVolt公司则开发出可充电的锌空气(zinc-air)电池。预期在2010年将会诞生更多具备智能功能的新颖电池技术。

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