Японская компания TDK продемонстрировала «прорывную» оптическую технологию передачи данных с временем отклика в 20 пикосекунд. Представленный «спиновый фотодетектор», объединяющий оптические, электронные и магнитные элементы, заменит существующие способы передачи данных на основе полупроводников. По утверждению TDK, новая технология на порядок ускорит передачу информации, что устранит главное узкое место, сдерживающее рост генеративного ИИ.

Источник изображения: unsplash.com

В настоящее время обмен данными между чипами происходит при помощи электрических сигналов, но возросшие объёмы обрабатываемой ИИ информации требуют перехода к оптической технологии. «Именно передача данных является самым узким местом для ИИ, а не производительность полупроводникового графического процессора, — утверждает старший менеджер центра разработки продуктов следующего поколения TDK Хидэаки Фукудзава (Hideaki Fukuzawa). — Поскольку мы можем преодолеть многие из текущих узких мест, мы считаем, что эта технология станет переломным моментом для индустрии ИИ и центров обработки данных».

Тестирование разработанной TDK оптической технологии передачи данных подтвердило её эффективность. По мнению профессора токийского университета Араты Цукамото (Arata Tsukamoto), «спиновый фотодетектор имеет замечательные перспективы как с научной, так и с технологической точки зрения». После дополнительных испытаний TDK планирует к концу марта 2026 года предоставить рабочие образцы технологии своим клиентам и начать массовое производство в течение следующих трёх-пяти лет.

Несмотря на незрелость технологии и необходимость создания полноценной экосистемы совместно с разработчиками чипов, TDK уверена в преимуществах предлагаемого решения. Компания подчеркнула относительную дешевизну и высокую энергоэффективность своего спинового фотодетектора, а также широкий спектр применения, в том числе в гарнитурах дополненной и виртуальной реальности и высокоскоростных датчиках изображений.

Новое устройство является частью рынка фотонных интегральных схем, который, по прогнозам технологической исследовательской группы IDTechEx, должен вырасти более чем в десять раз в течение следующего десятилетия до $54,5 млрд из-за потребностей генеративного ИИ.

Японская компания TDK уже несколько лет работает над совершенствованием литиевых аккумуляторов с кремниевым анодом, и с лета текущего года собирается наладить выпуск третьего поколения таких батарей. Если первоначально использование кремниевых анодов обеспечивало увеличение плотности хранения заряда на 5 %, то теперь этот показатель вырос до 15 %.

Источник изображения: Unsplash, Tyler Lastovich

Подразделение Amperex Technology в Гонконге, являющееся одним из крупнейших производителей аккумуляторов для мобильных устройств, батареи такого типа начало выпускать ещё в 2023 году. Тогда они обеспечивали преимущество в плотности хранения заряда в размере 5 %, но теперь его удалось увеличить до 15 %. Это позволило китайской компании Vivo оснастить свой смартфон X200 Pro аккумулятором ёмкостью 6000 мА·ч без увеличения массы и размеров относительно моделей, комплектуемых аккумуляторами ёмкостью 5000 мА·ч.

Потенциал использования батарей с кремниевыми анодами также осознаётся компаниями LG Energy Solution и Samsung SDI, которые разрабатывают их с прицелом на применение в электромобилях. TDK и ATL получают кремниевые аноды от американской компании Group14 Technologies, которая имеет в числе инвесторов немецкую Porsche AG, и также считает рынок электромобилей своим стратегическим направлением развития. Кремниевые аноды в составе тяговых аккумуляторов электромобилей позволяют сократить время зарядки с сорока до пяти минут. TDK остаётся единственной компанией, способной массово производить аккумуляторы с кремниевыми анодами. Это таит определённые риски для её клиентов, а также мешает им активно переходить на использование данного вида батарей.

Японская компания TDK на этой неделе сообщила об успехах в разработке материала, который поможет увеличить плотность хранения электроэнергии в элементах питания с твердотельным электролитом в 100 раз по сравнению с имеющимися образцами аккумуляторов той же марки с твердотельным электролитом. Прежде всего, эта разработка позволит продлить сроки работы от батареи разного рода носимой электроники.

Источник изображения: TDK Corporation

Новое поколение батарей с твердотельным электролитом TDK называет CeraCharge, появление нового материала для их создания позволит поднять плотность хранения заряда в сто раз до 1000 Вт·ч/л в объёмном измерении. Заявления о 100-кратном увеличении плотности хранения заряда могут показаться достаточно громкими, и тут действительно дело в выборе базы для сравнения. Во-первых, с момента выхода первых образцов CeraCharge в 2020 году конкурирующие производители аккумуляторов с твердотельным электролитом продвинулись в увеличении плотности хранения заряда до 50 Вт·ч/л, что уже сокращает преимущество TDK до 20-кратного. Во-вторых, перезаряжаемые элементы питания «монетного» типа на основе традиционного жидкого электролита с литием обеспечивают плотность хранения заряда до 400 Вт·ч/л, и в этом случае превосходство TDK сокращается до 2,5 раза.

Беспроводные наушники, слуховые аппараты и умные часы смогут оснащаться более совершенными и долговечными элементами питания, как отмечается в пресс-релизе компании. Применение данной технологии в более крупных устройствах ограничено использованием довольно хрупкой керамики при производстве батарей семейства CeraCharge. По этой причине такие аккумуляторы будут использоваться только в достаточно компактных устройствах.

Добиться прогресса в сфере повышения плотности хранения заряда TDK удалось за счёт использования твердотельного электролита оксидного типа собственной разработки в сочетании с анодом на основе соединений лития. Данный тип твердотельного электролита делает батарею весьма безопасной, что важно для устройств, соприкасающихся с кожей человека. Внедрение таких батарей позволит заменить одноразовые элементы питания монетного типа, поскольку новое поколение источников энергии будет перезаряжаемым. Соответственно, ущерб для окружающей среды от утилизации батареек заметно снизится.

В дальнейшем TDK сосредоточится на разработке технологии производства аккумуляторных батарей с твердотельным электролитом на основе нового материала. Свои компетенции в сфере выпуска электронных компонентов TDK собирается направить на технологии ламинирования слоёв в аккумуляторах нового типа и расширение температурных режимов их работы.

Производители аккумуляторов всё активнее экспериментируют с их химическим составом, поскольку современному миру нужно всё больше батарей, и пространство для экспериментов и инноваций остаётся большим. С прошлого года подразделение японской компании TDK выпускает литийионные аккумуляторы с кремниевым электродом, которые тоньше обычных и позволят уменьшить толщину мобильных устройств без ущерба для времени их автономной работы.

Источник изображения: TDK

Предполагается, как отмечает Bloomberg, что представленный в прошлом году складной смартфон Honor Magic V2 оснащается именно такой батареей, а толщина его корпуса меньше 10 мм. Данный китайский производитель хоть и признаёт, что внутри этого устройства действительно применяется кремниево-угольная батарея, не уточняет её поставщика, но гонконгская ATL является единственным производителем батарей такого типа. В 2005 году эту компанию поглотила TDK, а в 2011 году бизнес ATL по выпуску тяговых батарей для электромобилей был выделен в самостоятельную компанию CATL, которой к настоящему моменту удалось стать мировым лидером по объёмам их производства.

Даже сейчас у ATL и CATL есть два совместных предприятия, которые выпускают батареи для стационарных систем хранения электроэнергии, промышленного оборудования и электроциклов, а также необходимые им зарядные устройства. ATL свои аккумуляторы поставляет компании Apple и Samsung, помимо прочих, и в целом занимает первую позицию на рынке аккумуляторов для мобильных устройств по объёмам поставок в мире. Материнскую компанию TDK данный бизнес обеспечивает более чем половиной годовой выручки, и крупнейшими его клиентами являются именно производители смартфонов.

Кремниево-угольная батарея позволяет увеличить ёмкость на 10 % по сравнению с решением, использующим анод из графита, но по некоторым оценкам, эту разницу можно увеличить до 40 % и даже больше. По мнению аналитиков, подобные батареи найдут широкое применение в носимой электронике, которая должна быть компактной и лёгкой, но при этом не требовать слишком частой зарядки. Устройства виртуальной и дополненной реальности тоже относятся к этой категории. По прогнозам представителей TDK, батареи нового типа в течение ближайших нескольких лет будут занимать в структуре поставок аккумуляторов ATL долю, измеряемую двузначным числом в процентах, тогда как сейчас их доля несколько меньше 5 %. Для TDK бизнес по выпуску аккумуляторов для смартфонов должен стать одним из локомотивов роста в долгосрочной перспективе, и рассуждения о стагнации рынка в данном случае не станут помехой, как признаются руководители компании.