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Fonte: Red150770 / Dreamstime.com
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L'attuale produzione di chip di silicio ammonta a circa 20 miliardi all'anno. Questo potrebbe non essere sufficiente per l'internet in espansione. La risposta potrebbe risiedere nell'elettronica.
Sin dagli albori dell'informatica digitale, gli innovatori sono stati alla ricerca di una maggiore potenza ed efficienza di elaborazione. L'ENIAC utilizzava quasi 18.000 tubi a vuoto e poteva eseguire calcoli in pochi secondi che sarebbero stati necessari settimane dallo sforzo umano. I transistor in seguito hanno ridotto le dimensioni e il costo dei dispositivi elettronici. E il circuito integrato è passato dal contenere solo una manciata di transistor e porte logiche a miliardi su un chip. Ma il prossimo grande salto nella tecnologia informatica potrebbe riguardare più l'ubiquità che la potenza.
La soluzione? Sensori, sensori ovunque! Il professor Donald Lupo dell'Università di Tecnologia di Tampere (TUT) in Finlandia sta lavorando su idee che faciliteranno lo sviluppo dell'Internet of Things (IoT). L'attuale produzione di chip di silicio ammonta a circa 20 miliardi all'anno. Ma in previsione del requisito per miliardi di sensori, il prof. Lupo e i suoi colleghi stanno lavorando a un concetto più ampio. I loro progetti sono focalizzati sull'Internet of Everything (IoE). (Per ulteriori informazioni sull'IoT, vedi Quali sono le principali forze motrici per l'Internet of Things (IoT)?)
Sono rimasto affascinato dal lavoro del Prof. Lupos dopo aver letto un articolo IEEE per il quale è stato intervistato. Per soddisfare i crescenti requisiti di connettività su richiesta, il Prof. Lupo e i suoi team stanno lavorando per rendere possibile un'elettronica onnipresente a basso costo e ecosostenibile. Il TUT, situato nella terza città più grande delle Finland, Tampere, è valutato 11esimo nel mondo in termini di collaborazione nel settore. Il Prof. Lupo è coinvolto in due progetti nel TUTs Laboratory of Future Electronics. Ho approfittato della mia amicizia con il professore di talento per chiederglielo.
Prof. Lupo: “Uno si chiama ed, piattaforma Autonomous UniversaL (PAUL) per sensori e dispositivi wireless multifunzionali, che è un progetto quinquennale finanziato da Tekes con l'obiettivo di sviluppare la tecnologia per consentire l'Internet of Everything. L'altra è una grande "apertura strategica" finanziata da Tekes chiamata The Naked Approach, coordinata da VTT e con l'Università di Oulu, Aalto University, Demos Helsinki e Università della Lapponia che partecipano oltre a TUT. Questo progetto guarda più a livello globale alla visione di passare da una società incentrata sui gadget a una vita iperconnessa senza gadget, in cui i servizi appaiono come necessari e scompaiono quando non sono più necessari. "
Il Prof. Paul Berger dell'Università dell'Ohio ha assunto una cattedra FiDiPro presso TUT. I professori Lupo e Berger e il loro team provengono da vari contesti e campi per formare un approccio multidisciplinare e internazionale all'innovazione tecnica. Il progetto PAUL ha quattro obiettivi:
- Migliore raccolta di energia
- Dispositivi elettronici ad alta velocità
- Tecnologia di integrazione ibrida
- Integrazione completa della deposizione di strati atomici roll-to-roll (ALD)
Si tratta dell'elettronica ed. Internet of Everything utilizzerà i sensori ovunque e ovunque. Ho chiesto al Prof. Lupo i principali ostacoli all'integrazione di ALD e alla produzione in serie di dispositivi elettronici ad alta velocità. (Per ulteriori informazioni sui dispositivi IoT, vedi I dispositivi indossabili rappresentano una minaccia per le reti aziendali?)
Prof. Lupo: “L'ostacolo per lungo tempo è stato il fatto che si trattava di un processo seriale molto lento in cui era necessario posare materiali essenzialmente uno strato atomico alla volta e pompare la camera di reazione ogni volta. Recentemente i principali produttori di apparecchiature ALD (ad esempio Picosun e Beneq, entrambe le società finlandesi, ma penso che anche altri siano attivi) hanno sviluppato macchine ALD continue e persino macchine roll-to-roll che possono depositare su substrati flessibili. C'è ancora del lavoro da fare in questo settore e stiamo perseguendo attivamente la combinazione di ALD e ing, ma per i film sottili (non più di alcune decine di nanometri) penso che possa essere una buona soluzione di produzione ”.
Il prof. Lupo ha sentito voci secondo le quali ALD è già in uso nella produzione di chip di silicio dal 2007. Ma l'elettronica di PAUL è qualcosa di diverso. La mia prossima domanda: sta proponendo la fine del silicio?
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Prof. Lupo: "Assolutamente no! O almeno non la sua sostituzione con l'ing. La densità dei dispositivi che ottieni sui chip CMOS nei computer è sorprendente, così come la velocità. ing avrà sempre strutture più grandi e quindi meno chip. Quindi il crunching dei big data (computer, server) sarà probabilmente CMOS per molto tempo e la sostituzione potrebbe essere qualcosa di completamente diverso in base ai fenomeni quantistici. L'elettronica aprirà aree per l'elettronica e l'intelligenza onnipresente in cui il silicio è già troppo potente e sovradimensionato. "
Il secondo progetto nel portafoglio del Prof. Lupos lavora di pari passo con l'elettronica ed. "The Naked Approach" utilizza i sensori ovunque e ovunque l'utente vada. Immagina un mondo digitale senza gadget. A casa, al lavoro, al centro commerciale, in un ristorante o anche a piedi per strada, i servizi si materializzano quando necessario, quindi scompaiono quando l'utente ha finito con loro. Questo video di YouTube illustra il concetto. Il sito web di Naked Approach spiega di più. "Vengono esaminati problemi come il roaming, il riconoscimento, la privacy e le interfacce, nonché i cosiddetti stick-it-on-device", afferma il prof. Lupo.
Sentendo un po 'di stupore nelle mie domande, il professor Lupo ha gentilmente fornito un altro riassunto della tecnologia:
Prof. Lupo: "La soluzione per abilitare dispositivi intelligenti ovunque include:
- Autonomia energetica con materiali atossici. Questa è la parte di raccolta e conservazione. Può anche essere applicato a dispositivi che includono chip di silicio, e infatti prevediamo che questo arriverà sul mercato prima dei circuiti completamente editati, probabilmente tra qualche anno.
- circuiti a basso costo, flessibili ea basso costo: questa è la parte su come rendere i componenti elettronici a buon rendimento (velocità, bassa energia, ecc.) per essere usati in questi dispositivi onnipresenti. Pensiamo che una combinazione di ALD e ing sarà un modo per avanzare, ma questo è uno sforzo a più lungo termine, dove mi aspetto prove di principi in laboratorio nei prossimi anni, ma ancora qualche anno prima che tali cose possano essere commercializzate. "
Questo ha l'aspetto di una tecnologia rivoluzionaria. Ha qualche illusione che PAUL o The Naked Approach possano rappresentare un passo evolutivo sulla scala del transistor o del circuito integrato?
Prof. Lupo: "Probabilmente non solo nei nostri gruppi, ma se consideri il lavoro che viene svolto oggi nel mondo, penso che il lavoro che noi e altri stiamo facendo sull'autonomia energetica e sui circuiti senza silicio (macroelettronica?) Potrebbe avere un effetto simile sulle nostre vite che il precedente sviluppo della microelettronica ha avuto sulla nostra vita, rendendo l'idea di Internet of Everything o trilioni di sensori fattibile ed ecologicamente sostenibile. "
Il mio approccio iniziale era di sondare il professor Lupo per un confronto con le tecnologie esistenti. Qual è il futuro dell'elettronica ed e quale sarà il suo posto sul mercato all'ombra della potente tecnologia dei chip di silicio?
Prof. Lupo: “L'elettronica non sarà probabilmente mai all'altezza di CMOS o di un successore simile per microprocessori ad alta densità e alta velocità e chip complessi. Ma crediamo che questi sensori onnipresenti non avranno bisogno di quel livello di capacità di elaborazione, e che a questo livello (abbastanza per fare la misurazione di alcuni parametri semplici, eseguire l'elaborazione di alcuni dati e comunicare con un nodo wireless) ing può abilitare un numero di dispositivi che non sono realmente fattibili con il silicio. Pensiamo anche che ALD sarà una parte fondamentale di questa equazione. "
Quindi possiamo tutti aspettiamo un'esperienza quotidiana di Internet of Everything che sfrutti l'elettronica ed i sensori onnipresenti. Tutti vogliono più connettività. Ma il Prof. Lupo ha parlato con entusiasmo dei potenziali usi della tecnologia medica, come i sensori wireless ECG, la telemetria remota dei segni vitali o una miriade di altre applicazioni diagnostiche. Un futuro senza gadget con un'ampia distribuzione di connettività caratterizzerà senza dubbio la crescita esponenziale di Internet e l'evoluzione verso l'Internet of Everything. I circuiti intelligenti ed economici ed ecologici possono fare la differenza.