СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ / 2023

Пользователей ожидает рост количества устройств с подключением к Интернету в ближайшие годы. Соответственно, растут и различные электронные сети обмена информацией. Перспективный тренд актуален и для России. Специалисты РЭА озадачены – как организовать мониторинг БЛВСС, эффективно управлять большими сетями и какие подходы в области локальной сетевой и серверной безопасности использовать. В статье представлены некоторые доступные решения по ситуации и анализ развития направления.

В предыдущих номерах журнала была напечатана первая часть ознакомительного цикла публикаций «Квантовые электронные компоненты», посвящённая квантовым транзисторам. Данная статья знакомит читателей с другим широким классом наноэлектроники – одномолекулярными устройствами (single molecules device – SMD), которые основаны на свойствах органических молекул с двумя внешними электродами проводить туннельный ток.
Разнообразие, универсальность, возможность контроля и манипулирования делают проводящие органические молекулы потенциально важными компонентами наноэлектронных устройств. Сегодня разработка молекулярных полупроводниковых устройств является одним из наиболее перспективных направлений в микроэлектронике.
В то же время существует ряд серьёзных проблем, возникающих на пути к реальным технологическим приложениям.
Прежде всего, эти трудности связаны с необходимостью конструировать, контролировать и манипулировать небольшими молекулярными структурами с высокой степенью надёжности
и воспроизводимости.

Одним из узких мест в создании полупроводниковых чипов является растущая стоимость, необходимая для разработки химических плазменных процессов, которые формируют транзисторы и ячейки памяти [1, 2]. Эти процессы до сих пор разрабатываются вручную с участием высококвалифицированных инженеров, которые ищут комбинацию параметров инструмента, дающую приемлемый результат на кремниевой пластине [3]. Проблемой для компьютерных алгоритмов является доступность экспериментальных данных, крайне ограниченных из-за высоких затрат на их получение, что затрудняет формирование прогностической модели с точностью до атомного масштаба. Мы изучаем байесовские алгоритмы оптимизации, чтобы выяснить, как искусственный интеллект (ИИ) может снизить стоимость разработки сложных технологических процессов полупроводниковых микросхем. В частности, мы создали контролируемую виртуальную игру для систематического сравнения производительности людей и компьютеров при проектировании процесса производства полупроводников. Мы обнаружили, что инженеры-люди преуспевают
на ранних стадиях разработки, в то время как эффективность алгоритмов возрастает по мере приближения к цели. Кроме того, мы показываем, что стратегия, использующая как проектировщиков-людей с большим опытом, так и алгоритмы в стратегии «сначала человек – компьютер в последнюю очередь», может снизить стоимость достижения цели вдвое по сравнению с разработкой силами одних только людей. Наконец, мы выделяем культурные и этические проблемы в вопросах кооперации людей с компьютерами, которые необходимо решить при внедрении искусственного интеллекта в разработку полупроводниковых технологий.

Электронные сейсмические устройства и оборудование для геофизических исследований, сейсморазведки, автоматизированного мониторинга несущих конструктивных элементов зданий и сооружений, нефтегазовых трубопроводов, искусственных хранилищ запасов, необходимых для жизнедеятельности человека, подземных баз критической инфраструктуры для жизнеобеспечения в случае техногенных, природных и иных катаклизмов на основе современных исследований сейсмических явлений особенно востребованы разработчиками РЭА. В статье рассматриваются методы усиления безопасности объектов критической инфраструктуры с помощью электронных устройств с сейсмодатчиками и перспективы их совершенствования с помощью отечественной инженерной мысли.

Исследователи из Северо-Западного университета в Иллинойсе (США) при содействии нейрохирургов Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали инновационное биорезорбируемое имплантируемое электронное устройство с беспроводной связью, ускоряющее регенерацию повреждённых тканей и нервных магистралей. Так удалось достичь заживления повреждённого участка нерва. В сфере разработки биоразлагаемых имплантатов, обеспечивающих стимуляцию роста тканей организма малыми импульсами электрического тока, что влияет на сроки восстановления здоровья и качественной жизнедеятельности человека, есть достижения в Томском государственном университете. Полученные с помощью современной электроники результаты имеют большую перспективу для восстановления пациентов не только в отделениях кардиологии и ортопедии, но и терапии, а также в восстановительной медицине в травматологии нервов, разрывов тканей и сухожилий. В спортивной медицине это направление также перспективно, ибо позволит восстанавливаться спортсменам после травм быстрее и качественнее.

Российский мегаполис сложно представить без платформенных решений, их значительную часть составляют разработки с применением искусственного интеллекта (ИИ) с перспективой замены стеков импортного ПО. Таков ключевой ИТ-тренд 2023 года, он имеет шансы надолго остаться в памяти. ИТ-специалисты, эксперты в сфере технологий сходятся во мнении, что нейросети с применением ИИ заменят часть профессий, что приведёт к сокращению сотрудников.
В статье предложен анализ ситуации с внедрением ИИ в разных сферах жизни.

Несмотря на то что теория одноэлектронных транзисторов (SET) и их первые лабораторные образцы появились в конце 1990-х, только спустя 20 лет технологии производства позволили выпускать небольшие партии SET, предназначенные для использования в приборах и оборудовании прикладного назначения. Технологий для массового производства SET-транзисторов, позволяющих выпускать конкурентоспособную по цене и качеству продукцию, сравнимую с классическими электронными компонентами, в настоящее время не существует. Поэтому основное применение одноэлектронные транзисторы нашли в областях научного, медицинского и метрологического оборудования.

Материал статьи скомпилирован на основании школьных проектов, выполненных в рамках программы Ульяновского Образовательного центра «Сириус» Лалей Нуриевой, Никитой Брескану, Максимом Сыровым (физико-математический лицей № 38, г. Ульяновск) и Ренатой Галимовой, выпускницей гимназии № 2 (г. Ульяновск), ныне студентов РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина (г. Москва), МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва), Московского политехнического университета, МГТУ им. Н.Э. Баумана соответственно, где наставником и руководителем проектов был автор этой статьи, будучи главным специалистом АО «Концерн радиостроения «Вега».

Какой должна быть современная медицинская информационная система – об этом специалисты смежных областей, среди которых локомотивная роль закреплена за разработчиками РЭА, ибо медицина немыслима без современной электроники, размышляют всё чаще. Тренд новейшего времени – качественная диагностика в формате телемедицинских технологий – для развития требует электронных устройств с высоким уровнем ИИ, и они не замедлили появиться. Наш корреспондент зарегистрировался и виртуально посетил выставку медицинских технологий 26–29 марта 2023 г. в Нэшвилле (шт. Теннесси, США). Уместно проанализировать новейшие разработки на стыке современной электроники и медицины.

В статье рассматриваются попытки деанонимизации лиц на основе анализа цифровых данных видеоизображений алгоритма Виолы-Джонса, а также методы, применяемые активистами, ратующими за неприкосновенность частной жизни.

Технологии, применяемые в создании беспилотных транспортных средств, продолжают развиваться. Несмотря на некоторые камни преткновения, автомобильные гиганты и лидеры бигтех-индустрии значительно продвигаются в достижении всё новых и новых степеней автономизации. Сегодня мы наблюдаем за появлением уникальных системных архитектур и программных инструментов для поддержки этого ресурсоёмкого направления.
То, как искусственный интеллект наделяется контролем над всем транспортным средством, взаимодействуя при этом с периферийными устройствами и обмениваясь данными с облачными хранилищами, уже выведено на высочайший уровень. При этом границы между разработкой аппаратного и программного обеспечения становятся всё тоньше. Эта статья содержит обзор ключевых достижений по внедрению современных технологий помощи водителю. В первой части рассмотрено, какие факторы поспособствовали ускорению прогресса в этой области.

Несмотря на то что вызовы времени и конъюнктура политической ситуации заставляет особое внимание уделять импортозамещению, поставки импортных комплектующих, в том числе весоизмерительных датчиков и электронных интеррогаторов для отечественных разработок, продолжаются. В статье раскрываются особенности и перспективы датчиков балочного типа, сжатия и растяжения фирмы Scaime для контроля параметров в условиях деформации и перемещения веса, что актуально во многих областях производства и в быту.

В статье рассматриваются технические характеристики и особенности применения DC/DC-преобразователей в формате Brick от компании SmartPower. Они имеют высокую выходную мощность и предназначены для индустриальных, транспортных и других ответственных применений. Изделия отличает высокий КПД, продолжительное время работы на отказ, при этом конструктивное исполнение соответствует общепринятым индустриальным стандартам и соответствует мировым производителям.

Системы видеоконтроля и биометрической идентификации лица всё чаще и чаще встраиваются в терминалы СКУД. На волне актуального тренда безопасности модули видеоконтроля используют с различными уникальными техническими решениями, более того, доступ к видео можно получить удалённо. Параллельно улучшаются технологии определения лиц даже в условиях искажения оригинала (масок и др.). Качество и корректность функционирования системы зависит от её элементов – составляющих: видеокамер и модулей, передачи данных, серверов и ПО, требующих регулярного совершенствования для адекватных реакций, соответствующих вызовам времени. В статье представлены модули видеоконтроля для СКУД и полезные сведения по организации видеоидентификации людей.

Увеличение функциональных возможностей единицы объёма электронного устройства является основной тенденцией развития современной микроэлектроники. Для того чтобы в каждую полупроводниковую микросхему можно было встроить больше новых и сложных функций, базовый транзистор должен стать меньше, а его энергопотребление должно быть сведено к минимуму. Решить эту задачу помогают нанотехнологии, результаты разработок которых достигли за последние десятилетия впечатляющих результатов. Были разработаны нанопроволоки, нанопроводники, нанотрубки, наноточки, наноплоскости, нанотранзисторы. Технические аспекты производства этих изделий относятся к компетенции так называемой междисциплинарной научной дисциплины, получившей название «молекулярная электроника». Это направление рассмотрено в первой части статьи. Кроме того, в первой части описаны основные типы квантовых точек. Вторая часть статьи посвящена квантовым транзисторам.

По прогнозам аналитической компании IDC, в 2025 году количество пользователей Интернета вещей превысит численность населения планеты Земля на 80 миллиардов подключённых устройств. Большая часть пользователей применяет их в быту; варианты новейших устройств бесконечно разнообразны: позволяют не только прогнозировать сны, дистанционно управлять процессами жизнедеятельности человека, но даже отслеживать температуру тела коровы в хлеву фермера. Воплощённые инновационные идеи сокращают затраты времени на контроль параметров, однако по тем же причинам возникает проблема безопасности, рисков утечки конфиденциальной информации через протоколы обмена данными. В статье рассматриваются варианты аутентификации IoT в интеллектуальной сетевой архитектуре и авторизации (разрешения взаимодействия) для повышения информационной безопасности.

Мощным твердотельным оптическим квантовым генератором недавно научились «направлять» молнию, на бытовом уровне в сравнении со светодиодным излучением лазерная технология показала себя перспективной не только как источник разноцветного видимого спектра, но особенно в производственной и медицинской области, где, соответственно, с его помощью изменяют свойства металлов и удаляют новообразования. Учёные на пути к условно недорогому (рентабельному), экологичному и почти «бесконечному» источнику энергии; речь идёт о создании электростанций на основе безопасных минигенераторов с термоядерной реакцией. В статье показаны новейшие достижения и перспективы инженерной мысли разработчиков РЭА, представленные в течение 2022 года.

Во второй части статьи рассматриваются современные квантовые процессоры и перспективы применения платформ на их основе для решения различных вычислительных задач. Отдельное внимание уделено обзору технологии постквантовой криптографии.

Средства индивидуальной мобильности с электрическим двигателем популярны как никогда. Одно из них – самобалансирующееся транспортное средство – сегвей. С популярностью сегвеев повсеместно образовались фирмы, специализирующиеся на ремонте и обслуживании устройств с электрической тягой; по той же аналогии, как после появления автоматических стиральных машин выросла сфера ремонтных услуг. Из новаций достойно внимания совмещение сегвея и электромобиля в одном корпусе-капсюле, форм-фактор которой остался компактным и двухколёсным, но инновационное устройство приобрело более безопасный для «водителя» функционал за счёт рамного усиления корпуса. Истории этого вопроса и посвящена статья.

Продолжая тему инновационных разработок в сфере электроники в 2023 и последующих годах, невозможно оставить без внимания сегмент робототехники, который связан причинно-следственным образом с современными технологиями, как «мать и дитя». Электронные модули (ЭМ) в робототехнике имеют значительный потенциал развития. О том, как робототехнические системы на основе ЭМ могут быть использованы для повышения безопасности, эффективности и устойчивости разных операций, в том числе в агрессивных средах и в экстремальных условиях, поговорим в статье.

В конце 2001 года в журнале «Nature» была опубликована статья с описанием эксперимента, подтверждающего реальную возможность проведения факторизации больших чисел с помощью квантового компьютера. Эта новость, воспринятая как предупреждение о том, что любые криптографические шифры могут быть легко взломаны с помощью квантового компьютера, мгновенно облетела все научные и популярные издания мира. Во всех странах началась паника. Однако за 21 год, прошедший со времени этой публикации, квантовый релевантный компьютер (CRQC), способный взламывать криптографические шифры, не был создан. Никто точно не может предсказать, когда это может произойти. Несмотря на огромные технические проблемы, постоянно возникающие перед разработчиками, направление квантовых компьютеров интенсивно развивается.
В статье описаны основные этапы развития CRQC и показана эволюция самой схемотехнической идеи квантового релевантного компьютера. На заре своего появления первоначальная схема CRQC предполагала использование универсального цифрового квантового компьютера с вентильной обработкой типа IBM-Q. Спустя двадцать лет были разработаны новые технологии, позволяющие реализовать процессы факторизации с помощью других устройств, таких как вариационный квантовый вычислитель собственных значений, вариационный решатель с квантовым отжигом и решатель на базе квантового отжига со встроенным умножителем факторинга. Если в будущем появятся гибридные облачные платформы, объединяющие мощные стандартные компьютеры и специализированные квантовые вычислители разного типа, то возникновение CRQC может наступить раньше, чем его ожидают. В качестве средства борьбы с CRQC сегодня интенсивно разрабатываются системы «постквантовой криптографии».
В предыдущих статьях, опубликованных в журнале (№ 7, 8, 9 за 2022 год), были описаны типы современных квантовых компьютеров, принципы их работы, а также приведено объяснение используемых терминов и аббревиатур.

В современном «турбулентно меняющемся» мире системы аутентификации и безопасности сталкиваются с новыми вызовами. Повсеместно растут требования по совершенствованию устройств идентификации личности. В связи с этим биометрические технологии стремительно развиваются. Среди них особое место занимают устройства сканирования и преобразования в цифровой вид отпечатков пальцев (далее – сканеры).

С развитием методы биометрической аутентификации получили повсеместное распространение. Такие из них, как аутентификация по отпечаткам пальцев в сотовых телефонах, ноутбуках, замках разного назначения, USB-накопителях, свидетельствуют о массовости применения этого метода в сравнении с другими способами идентификации пользователя: по ладоням, геометрии лица и др. В статье рассматриваются риски «обхода» аналитических алгоритмов единых биометрических систем (ЕБС) и их элементов путём изменения идентификационных признаков человека. Нивелирование надёжности ЕБС отрицательно влияет на безопасность общества и личности. Вопросы несанкционированного клонирования отпечатков пальцев, изменения лиц для обмана видеоаутентификации и методы повышения надёжности систем безопасности, действующих на биометрических принципах считывания и анализа информации, разъясняются на примерах.

Во второй части статьи приведён краткий обзор других существующих на сегодняшний день основных типов квантовых компьютеров:

• квантовые адиабатические вычислители (Adiabatic Quantum Processing Unit);
• вычислители с квантовым отжигом (Quantum Annealing Processing Unit – QAPU);
• вариационные квантовые вычислители (Variational Quantum Eigensolvers);
• вычислители собственных значений с квантовым отжигом (Quantum Annealer Eigensolver – QAE).

В статье рассматривается проект по созданию нейросетевого инструмента для высокопроизводительной обработки информации общегосударственного применения на основе фотонной технологии.

Оптоволокно – важнейший материал для высокоскоростных и надёжных телекоммуникационных сетей. Ценообразование «лихорадит» не только в России, так как связано с производством гелия и тетрахлорида кремния, которые Россия ранее поставляла всему миру. В статье рассматриваются особенности и перспективы создавшейся ситуации, актуальной в конце 2022 года, в том числе возможности импортозамещения.