2010十大新兴技术展望 - 电工杂谈 - 电子工程师俱乐部

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EE Times评选出的2010年十大新兴技术

　　有些长期的科技趋势并没有出现在榜单上，而那些在省电、降低二氧化碳排放量等方面有优势的技术在此次评选中独领风骚，它们还驱动着其他一些新技术的发展。尽管我们不能对明年的科技发展做出完全准确的预测，但部分技术及提供这些技术的厂商定会改变2010年的行业环境。以下是2010年十大新兴技术榜单。

<strong>　　1.对电子装置的生物回馈(biofeedback)与思想控制</strong>

　　大量企业和研究机构实施的研究均表明，利用安装在头顶或耳机上的传感器，脑波可以被用于控制电脑系统。这类技术目前主要应用于医疗(让重度残障人士能进行沟通或控制外部环境)及军事领域，也越来越多地用在消费电子产品与电脑游戏的控制界面。这或许听上去有点像科幻小说中的场景，但通过思维控制的人机界面现已存在，像总部设在美国加利福尼亚州旧金山的Emotiv Systems Inc。这样的公司就在积极推广这种技术。

<strong>　　2.印刷电子</strong>

　　如果可以快速印刷出多个导体层、绝缘层或半导体层以形成电子电路，那么相比于传统制造工艺，采用这种技术生产的集成电路成本会更低。通常情况下，印刷半导体意味着要使用性能与硅截然不同的有机材料，甚至还要用到比在硅材料中获得的更大的几何极限。此外，还有许多应用将受益于低价软性基板的优良性能，如RFID标签，用于显示器的主动矩阵背板(active-matrixbackplane)。印刷硅电子产品领域的先驱Kovio公司自2001 年创立以来，便一直在不断改善印刷电子技术，并在2009年7月宣布成功融资2000万美元。该公司表示，他们计划将这笔钱投入到公司的RF条形码批量生产中。

<strong>　　3.塑料内存</strong>

　　塑料内存与印刷电子技术存在着某种联系，因为可能需要印刷技术进行生产。相比于硅材料，塑料内存的性能更佳，成本也更低。这个领域的先驱是总部设在挪威奥斯陆的Thin Film Electronics公司。该公司多年来致力将该技术进行商业化，与芯片制造商英特尔合作过一段时间。塑料内存是基于聚噻吩 (polythiophene)，这是一个具有铁电特性的聚合物家族。据Thin Film Electronics介绍，塑料内存可重复读写，是非挥发性材料，资料保存期限超过十年，读写周期超过一百万次。2009年9月，德国PolyIC GmbH & Co.KG公司通过这项技术，将聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)作为基板，开发出一个20位的内存。

<strong>　　4.无光罩微影</strong>

　　对于很多人来说，有关半导体微影的主要问题是，超紫外光微影何时取代浸润式微影技术？在这场竞争中跑出了匹“黑马”，即无光罩微影 (Masklesslithography)。这种技术以电子束为基础，总部设在荷兰代夫特的Mapper Lithography公司正在大力推动该技术的发展。2009年7月，Mapper向法国格拉诺布尔的研究机构CEA-Leti提供了一个300毫米电子束微影平台，供台湾集成电路制造股份有限公司(简称台积电)从事相关研究。台积电是世界微影技术的重要研究机构，之所以对Mapper公司的技术感兴趣，是希望在同对手的竞争中占得先机。

<strong>　　5.并行处理技术</strong>

　　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存在。不过，业界迄今仍对多核处理器如何编程，以及如何充分发挥其运算能力与功率效率知之甚少。自多核处理器问世以来，这便是信息技术的核心问题之一，困扰着整个业界，至今仍未得到完全解决。目前，OpenCL、Cuba等倡议向我们描绘了美好的前景，提出了将图形处理器用作通用处理器以及现场可编程门阵列(FPGA)和软件可编程处理器阵列的前景。我们期待着多核处理器在2010年获得更大的突破。

<strong>　　6.能量采集</strong>

　　能量采集并非全新创意，多年前就有人发明了由运动产生能量的手表。但是，当电子电路的消耗从毫瓦减至微瓦时，一个有趣的现象就发生了。为那些电路提供能量也许不需要电网或电池，而是通过周围各种现象。专家估计，这种技术将带来深远影响。能量采集技术的一个早期应用是在机械装置和车辆上广泛使用通过振动提供能量的无线传感器。由于不再需要电池，这种传感器也就没有了维护的必要。

　　德国EnOcean GmbH公司长期以来一直在积极推动无电池的无线开关技术在住宅自动化领域的应用，现正帮助EnOcean 联盟制定这方面的标准。全球第一大手机制造商诺基亚也在时刻关注能量采集技术在手机领域的进展情况。不过，该公司强调目前还没有任何原型产品。然而，在 2010年，所有移动设备生产商将必须寻求通过能量采集提升设备质量，至少是提高电池使用寿命。

<strong>　　7.生物电子与人脑研究</strong>

　　在2010年，研究阶段的工作可能会多于开发阶段，但是，生物技术与电子技术的结合已经足够成熟，可以进行开发利用。在此之前，科学家已将硬件植入动物体内，比如植入皮肤下面的动物身份标签，或是供人类患者使用的心脏起搏器，当前降低医疗养护方面的成本正变得急迫起来。由于整个行业在微机电系统 (MEMS)、有机电子组件制造等技术方面的进步，组织与电子电路的整合范围得以改善。

　　芯片实验室(Lab-on-a-chip)就是这项技术取得进步的典型例证，最新例证则来自于IBM的，该公司最近推出了此类产品的原型。不仅如此，我们还有可能在电子寻址基板上培育生物细胞。实现生物体外诊断的可能性已经确定。有关个别细胞的电行为信息及其对药物的反应，是心脏与神经方面疾病研究领域的重要焦点，比如阿尔茨海默病(老年痴呆症)、帕金森氏综合症。简而言之，我们认为生物电子技术的大量研究和进步仍旧是推动这项技术发展的主流趋势。

<strong>　　8.电阻式内存/忆阻器</strong>

　　研究人员对“万能内存”的追寻仍在持续。这种内存必须像DRAM那样简单，当然，最好是能像那些电容器一样简单。此外，它们还必须要能在断电情况下仍能将数据保存数年之久，还能使用数百万次。这类内存最好使用传统方法就能轻易生产，使用的材料最好也别超出传统晶片生产商所能可承受的范围。但是，迄今为止我们尚未发现“万能内存”。难道我们真的不能了吗？看到下面这个例子，你或许就有了答案。在导电金属氧化物技术领域默默耕耘7年之久的Unity Semiconductor Corp。公司在2009年推出了他们的研究成果。

　　事实上，《EE Times》早在2006年便对这家默默无闻的公司进行过报道。另外，4DS、Qs Semiconductor与Adesto Technologies等公司同样在今年取得了不小的进步。我们还看到许多较大规模的IDM厂商也在加大对电阻式内存(RRAM)方面的投入。值得一提的还有忆阻器技术的发展，因为在电阻特性方面展现出存储效应的两个终端设备，是对惠普实验室倡导的忆阻器理论基础的实践应用。忆阻器常常被认为是继电阻器、电容器和电感器之后的第四个无源电器元件。

<strong>　　9.直通硅晶穿孔</strong>

　　先进硅芯片表面最上方的互连堆叠(interconnect stack)很深，而且会随最低几何限度有显著的差异。我们一直认为这可能会导致芯片前段(front-end)制造分成不同表面和互连(紧随更高的互连堆叠)，甚至可能在不同的芯片制造商存在。出于市场营销和技术方面的原因，这种将多裸晶(multiple die)堆叠在一个包装内的渴望还需要更复杂的互连；而直通硅晶穿孔技术(through-silicon-vi)能完全穿透硅晶片或裸晶，是制造3D包装的关键。2009年5月，Austriamicrosystems公司开始在工厂生产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。这样的组件在2010年估计会有更多。

<strong>　　10.花样翻新的电池技术</strong>

　　我们现在已经完全适应了摩尔定律和微电子产品小型化的趋势，于是很容易对任何性能无法每隔两年就大大增强的技术倍感失望。但是，电池技术已相对成熟，不像集成电路一样受同一力量的驱动。事实上，如果能量存储过于密集，会变成十分危险的事情。尽管如此，我们越来越依赖于电池去储存能量，为各种各样的电子装置供电。毋庸置疑，如果电子技术不能进一步取得突破，环保的电动车注定不会再有未来，汽车和可持续发展环保技术的结合也是一句空话。

　　我们面临的压力可想而知。近年来，以镍和锂为原料(如锂铁磷酸盐)的电池研究取得了一定进展，有望取代值得尊敬但问题多多的碱性锰干电池。从事可充电式锌空气(zinc-air)电池开发的公司ReVolt已将俄勒冈州波特兰市作为其在美国的总部和生产基地。我们估计在2010年会有更多具备智能功能的电池问世，为开发能量可控的集成电路提供机遇。