Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка энергоэффективных функциональных блоков для наноэлектронных устройств и систем с автономным питанием

Докладчик: Коршунов Андрей Владимирович

Должность: с.н.с., к.т.н.

Цель проекта:
1. Проблема - Необходимость создания наноэлектронных устройств и систем с автономным питанием, с использованием функциональных блоков и наноэлектронных модулей с пониженной потребляемой мощностью . 2. Цель проекта - Создание энергоэффективных функциональных блоков для наносистемной техники с источниками энергии из окружающей среды. Конечным продуктом, в котором могут использоваться результаты проекта, являются беспроводные сенсорные и мобильные устройства, обеспечивающие длительную автономную работу Современные химические источники тока (аккумуляторы) обладают достаточно большими габаритами, требуют подзарядки, периодической замены и последующей утилизации, что накладывает существенные ограничение на срок работы наноэлектронных устройств и широту возможного использования. Альтернативой являются источники питания, получающие (собирающие) энергию из окружающей среды. Использование в качестве источников питания энергии из окружающей среды позволит обеспечить практически неограниченное время работы и расширить сферу применения наноэлектронных устройств и систем в области наносистемной техники, медицины, приборостроения, связи, транспорта, электроники, энергетики, при улучшении экологической обстановки.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные планируемые результаты. В рамках проекта планируется разработать:
- макеты энергоэффективных библиотечных элементов;
- макеты функциональных блоков;
- экспериментальных образцы конверторов с питанием от вибрации;
- макеты беспроводных сенсорных и мобильных устройств для наносистемной техники с источниками энергии из окружающей среды.
2. Основные характеристики планируемых результатов:
- предельная сложность функциональных блоков: до уровня блока обработки данных (например, микроконтроллера) разрядностью 16 бит, выполняющего основные арифметические и логические операции;
- разработка энергоэффективных библиотечных элементов и функциональных блоков должна проводиться на базе коммерческих КМОП технологий;
- должна обеспечиваться адекватность измерений, моделирования, анализа и проектирования библиотечных элементов и функциональных блоков для проектных норм с минимальными топологическими нормами до 65нм.
- созданные энергоэффективные библиотечные элементы и функциональные блоки должны работать при пониженном напряжении питания, обладать ультранизким потреблением мощности и иметь задержку переключения в субнаносекундном диапазоне;
- форматы информационных представлений описаний библиотечных элементов и функциональных блоков должны соответствовать стандартам САПР проектирования СБИС;
- преобразователь механической энергии в электрическую должен быть построен с использованием явления электромагнитной индукции или пьезоэлектрический эффект;
3. Новизна результатов
Проблема разработки энергоэффективных и универсальных для всех приложений базовых элементов и функциональных блоков в настоящее время не решена. Таким образом создание новых подходов и методов для построения энергоэффективных проектных решений является актуальной и значимой задачей.
Для обеспечения внедрения ИТ в нашу жизнь необходимо построение энергоэффективных наноэлектронных устройств с максимальным временем работы от автономного источника питания. Решение проблем, связанных с построением и использованием альтернативных источников энергии для наноэлектронных устройств, а также уменьшением статической и динамической потребляемой мощности связано с разработкой инновационных, неоднозначных и нетривиальных подходов.
4. Сопоставление с результатами аналогичных работ.
Результаты работы будут соответствовать мировому уровню, поскольку, на сегодняшний день, разработки в области альтернативного питания находятся в стадии научных исследований.
5. Пути и способы достижения заявленных результатов
Исполнитель темы МИЭТ имеет все предпосылки для успешного завершения работ и получения ожидаемого научно-технического результата. МИЭТ имеет в наличии материально-сырьевые и финансовые ресурсы, необходимые для выполнения работ по НИР. МИЭТ располагает необходимыми специалистами, в том числе кадрами высшей квалификации, для выполнения работ по проекту. Предусматривается привлечение к участию в работе молодых учёных, преподавателей, специалистов, аспирантов, студентов и других представителей высшей школы.
МИЭТ располагает научно-техническим заделом и опытом выполнения проектов в смежных областях. Имеется научно-методическое обеспечение, необходимое для проведения прикладных НИР. Имеется программное и техническое обеспечение, необходимое для успешного проведения заявляемой работы. МИЭТ имеет производственные мощности и инфраструктуру, необходимые для выполнения работы, создания макетов, моделей, экспериментальных образцов библиотечных элементов, функциональных блоков, наноэлектронных модулей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Научно-технические результаты, полученные в ходе выполнения данной НИР, могут быть использованы для проведения дальнейших исследований и разработок по следующим перспективным направлениям:
- технология создания малогабаритных вычислительных комплексов;
- системное и программное обеспечение для новых высокопроизводительных систем;
- построение математических (ММ) и имитационных (ИМ) моделей, адаптация их к различным областям развития;
- разработка накопителей энергии различного типа;
- поиск путей и методов прямого преобразования механической, тепловой, световой и химической энергии в электрическую;
- построение беспроводных сенсорных и мобильных устройств.
2. Описание практического внедрения.
В качестве основных потребителей полученных научно-технических результатов можно выделить университеты, научные, исследовательские центры и лаборатории, предприятия электроники, проектные организации, предприятия-изготовители интегральных микросхем, предприятия ТВЗ «Зеленоград», Зеленоградский инновационно-технологический центр.
Научно-технические результаты могут быть использованы при проведении исследовательских и проектных работ, проведении ОТР и ОКР, проведении учебного процесса.
3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений
- улучшение потребительских свойств существующей продукции (уменьшение веса, габаритов, периодичности обслуживания; простота эксплуатации, уменьшение энергопотребления; возможность отказа от стандартного электрического источника питания);
- улучшение экологической обстановки (снижение техногенной нагрузки на окружающую среду за счет отказа от использования и утилизации химических источников энергии);
- улучшение качества жизни и здоровья населения за счет внедрения наноэлектронных технологий;
- повышение конкурентоспособности продукции (уменьшение мощности, потребляемой библиотечными элементами и функциональными блоками позволит существенно снизить энергопотребление наноэлектронных модулей в сравнении с известными аналогами, что обеспечит конкурентоспособность как на внутреннем, так и на внешнем рынках).

Текущие результаты проекта:
Выполняются работы в рамках первого этапа проекта ("Выбор направления исследований"):
1. Аналитический обзор информационных источников.
2. Исследование способов создания беспроводных сенсорных и мобильных устройств с источниками энергии из окружающей среды.
3. Обоснование и выбор направления исследований, в следующих областях:
— создания наноэлектронных устройств и систем с альтернативными источниками энергии;
— создания энергоэффективных библиотечных элементов;
— создания конверторов, преобразующих механическую энергию и энергию внешнего электромагнитного поля в электрическую;
— сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований по критерию энергопотребления предлагаемых к разработке библиотечных элементов и функциональных блоков для практического решения задач по построению наноэлектронных устройств с альтернативным питанием;
— обоснование выбора оптимального варианта направления исследований.
4. Проведение патентных исследований.
5. Проведение маркетинговых исследований с целью изучения перспектив коммерциализации результатов проекта.