Mokslas ir IT

2021.09.28 05:30

Dabartinė civilizacija „stovi ant smėlio“: kuo pasauliui yra svarbūs lustai ir kodėl kilo jų krizė?

Patricija Kilminavičienė, LRT.lt2021.09.28 05:30

Pirmieji kompiuteriai užimdavo visą kambarį, kad atliktų pačias elementariausias funkcijas, o šiandien turimi išmanieji įrenginiai savo visą funkcionalumą sutalpina į kvadratinio centimetro ar net mažesnio dydžio lustus. Šie įtaisai yra itin svarbūs visų elektroninių ir išmaniųjų prietaisų gamyboje, jie naudojami net ir skalbimo mašinose, o bene plačiausiai – išmaniųjų telefonų, automobilių pramonėje ir 5G ryšio infrastruktūroje. LRT.lt kalbinti specialistai paaiškino, kas yra tie lustai, kur ir kaip jie naudojami ir kodėl pasaulyje kilo lustų krizė.

Mažyčiame luste telpa milijardai tranzistorių

Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Optoelektronikos skyriaus mokslo darbuotojas dr. Domas Jokubauskis LRT.lt pasakojo, kad lustai, daugeliui žinomi kaip „čipai“, yra gabalėliai puslaidininkio, ant jo labai tikslia įranga yra suformuotas didelis tranzistorių ar kitų puslaidininkinių elementų, kurie gali atlikti skaičiavimus ar valdyti elektros grandines, kiekis. Šiuolaikiniuose lustuose telpa dešimtys milijardų tranzistorių. Pavyzdžiu galėtų būti mobiliųjų telefonų elektronika arba kompiuterių procesoriai. Lustai naudojami visuose elektronikos prietaisuose, tarp jų ir automobiliuose, išmaniuosiuose įrenginiuose ir t. t.

„Lustuose atliekami skaičiavimai ir apdorojami duomenys. Pavyzdžiui, akcelerometru skaičiuodamas žingsnius išmanusis laikrodis gali nešiotoją paskatinti nueiti daugiau, gyventi sveikiau. Kitas pavyzdys – automobilis, kur tiek stabdžių, tiek variklio sistemos yra prižiūrimos lustų. Automobilio sistemų valdikliai gauna duomenis iš įvairių daviklių ir priima sprendimus, kurie užtikrina sklandų variklio, saugumo sistemų veikimą. Didelio pajėgumo lustai, tobulinami algoritmai ir aplinkos davikliai ateityje leis žmonėms atsipalaiduoti – transporto priemonės judės autonomiškai.

Be skaičiavimų, lustai atlieka ir valdymo funkcijas, pavyzdžiui, be jokių mechaninių judančių dalių gali įjungti ar išjungti žibintus. Tai du pagrindiniai pritaikymai – kur reikia skaičiuoti ir valdyti“, – kalbėjo D. Jokubauskis.

Anot jo, anksčiau nešiojamajame kompiuteryje būdavo naudojama dešimtys ar šimtai lustų, o dabar užtenka kelių. Funkcijos, anksčiau buvusios dešimtyje lustų, niekur nedingsta, jos sutalpinamos į vieną lustą. Tokia integracija leidžia atlaisvintą vietą korpuse panaudoti talpesnei baterijai ar tiesiog sumažinti patį prietaisą, dažnai sumažinamos ir elektros energijos sąnaudos.

Joks išmanusis prietaisas neįsivaizduojamas be lusto

Kaip aiškino Kauno technologijos universiteto (KTU) Elektros ir elektronikos fakulteto profesorius Žilvinas Nakutis, lustai yra mažytės aparatinės detalės. Jos dažniausiai yra kvadratinio centimetro ar net mažesnės, naudojamos itin plačiai.

„Naudojamos pramonėje, visoje kompiuterinėje įrangoje. Net ne vienas, o keli lustai būna, atmintys, specializuoti procesoriai. Išmanusis įrenginys be lustų yra visiškai neįmanomas. Žinoma, nėra taip, kad, vien tik lustą turėdamas, jau turi išmanųjį prietaisą, reikalinga ir programinė įranga“, – teigė profesorius.

Itin auganti sritis, kur nuolat didėja lustų poreikis, yra automobilių pramonė, nes vienam automobiliui reikia nuo 100 iki 150 lustų. Kita aktuali sfera, pasak Ž. Nakučio, yra 5G ryšio infrastruktūra ir patys išmanieji įrenginiai, kurie palaikys 5G komunikaciją. Šiuo metu tai yra sritis, sugeneruojanti patį didžiausią lustų poreikį.

Anot jo, lustų yra visur, net ir buitinėje technikoje, pavyzdžiui, skalbimo mašinose. Lustas šiais laikais yra praktiškai neišvengiamas komponentas – sunku būtų sugalvoti įrenginį, kuriame jis nenaudojamas.

Išmaniųjų telefonų gamintojai pristatydami naujus įrenginius mėgsta pabrėžti lustų dydį – 5 nanometrai dabar yra naujas standartas. Kodėl tai svarbu?

Profesoriaus teigimu, kuo mažesni gabaritai, tuo įrenginys kompaktiškesnis. „Tai svarbu nešiojamai įrangai, ji turi būti maža, lengva, eikvoti nedaug baterijos resursų. Kadangi gabaritai išlieka panašūs, į tą patį plotą galima sutalpinti daugiau elementų, tranzistorių, sudėtinių dalių, iš kurių tie lustai padaryti. Jie turi daugiau galimybių, didesnį našumą.

Gamintojai pabrėžia tuos nanometrus todėl, kad tai yra priešakinis technologijos lygmuo. Šiandien 5 nanometrų lustas yra pats mažiausias. Jeigu pažiūrėtume keletą metų atgal, tai buvo 10 ar keliolika nanometrų. Dar anksčiau buvo šimtai nanometrų. Technologinės raidos kelias yra tų mazgelių, iš kurių sudaryti lustai, mažinimas“, – komentavo Ž. Nakutis.

Pasak pašnekovo, įrenginio funkcionalumas, matomas vartotojui, yra nulemtas programinės įrangos, tačiau ją kontroliuoja lustai. Grafiniai vaizdai, pavyzdžiui, žaidimuose, yra stimuliuojami būtent lustų – todėl milžiniška jų paklausa juntama ir žaidimų pramonėje. Lustai naudojami ir duomenims kaupti, tuomet tai yra ne procesoriai, o atmintys, kuriose saugomos visos programos, filmai, dokumentai, nuotraukos ir t. t.

„Net ir viena išsiųsta žinutė fiziškai saugoma lustuose, jų atmintyje. Tai pagrindinės funkcijos yra apdoroti, vykdyti, kontroliuoti ir saugoti“, – LRT.lt sakė Ž. Nakutis.

Dabartinė civilizacija „stovi ant smėlio“

Kaip įvardijo D. Jokubauskis, šiuolaikinėje elektronikoje viena pagrindinių medžiagų yra puslaidininkiai. Tai tokios medžiagos, kurių elektrinis laidumas yra tarp metalų, praleidžiančių elektrą, ir dielektrikų, per kuriuos elektra visai neteka. „Puslaidininkiai yra ypatingos medžiagos, jomis galima valdyti elektros srovę. Šiandien naudojamos puslaidininkinės medžiagos yra silicis, galio nitridas, silicio karbidas. Pagrindiniu puslaidininkiu elektronikoje vis dar išlieka silicis. Mūsų mokslinių tyrimų institute, FTMC, vystomos ir taikomos puslaidininkių prietaisų ir lustų gamybos technologijos“, – teigė pašnekovas.

Jis atkreipė dėmesį, kad ten, kur reikia didelės srovės, pavyzdžiui, elektromobiliuose, tokios medžiagos kaip galio nitridas ir silicio karbidas turi pranašumų.

Ž. Nakutis paantrino, kad pagrindinė medžiaga, iš kurios gaminami lustai, yra silicio oksidas, išgaunamas iš švaraus smėlio. Profesorius pridūrė, kad išties dabartinė civilizacija „stovi ant smėlio“.

„Be abejo, reikia įvairių priemaišų, kad pavyktų sukurti technologinius mazgus, tranzistorius, sujungimus. Ta košė yra silicis, bet prieskonių dedama įvairių ir egzotiškų“, – teigė profesorius.

Net ir dirbdami visu pajėgumu, fabrikai nebespėja paskui paklausą

Šiandien pasaulyje daug kalbama apie lustų krizę, brangstančius elektronikos prietaisus ir jų trūkumą. D. Jokubauskio manymu, gamybos apimtys iš tiesų tik auga, o ne mažėja, problema ta, kad per pandemiją neįtikėtinai išaugo elektronikos prekių paklausa.

„Ženkliai išaugęs elektronikos poreikis. Atėjus pandemijai, daugeliui reikėjo namuose kompiuterių, nes namuose juos tikrai ne visi turėjo. Internetinių kamerų taip pat prireikė. Jų jutiklių lustai taip pat gaminami iš silicio. Galima sakyti, kad rinkoje jų nebeliko. Trūkumas dar jaučiamas iki šiol.

Kai paklausa milžiniška ir neatrodo, kad mažėtų, gamyklos dirba visu pajėgumu, tačiau vis tiek nespėja patenkinti poreikių. Žaidimų konsolių poreikis taip pat yra nenutrūkstamas – „Sony“ išleido naują konsolę ir metus laiko žmonės negali jų gauti už prieinamą kainą. Naujos kartos kompiuterinių vaizdo plokščių taip pat trūksta. Jos naudojamos ne tik žaidimams, bet ir rimtesniems tikslams, tokiems kaip mašininis mokymas, kriptovaliutoms ir pan. O mašininio mokymo taikymas industrijoje nuolat auga“, – komentavo D. Jokubauskis.

Pasak Ž. Nakučio, nors dalis fabrikų dėl COVID-19 pandemijos darbą buvo laikinai sustabdę, tokios krizės atsiradimo priežasčių yra ir daugiau. Jis taip pat patikino, kad išties pastaraisiais metais itin išaugo įrenginių poreikis, o tam daug įtakos turėjo nuotolinis darbas.

„Net ir žiūrint į priešpandeminę situaciją, į tą krizę buvo einama jau anksčiau. Jeigu nebūtų COVID-19, krizė galbūt būtų švelnesnė, bet klausimas, ar jos būtų pavykę išvengti dėl augančio technologijų poreikio. 5G ryšys ateina nepriklausomai nuo pandemijos, todėl yra didžiulis lustų poreikis, automobiliai tampa išmanūs, o tai visai nesusiję su COVID-19. Atsivėrė disbalansas tarp poreikio ir galimybių. Pasaulinės pramonės galimybės pasirodė nepakankamos.

Gilinantis detaliau, ganėtinai įdomu, kad gamyba yra sukoncentruota keliose šalyse. Padidinti gamybos tempą fiziškai tiesiog nėra kaip. Investicijos milžiniškos, tačiau poreikis auga taip greitai, kad fiziškai fabrikų pajėgumų yra neįmanoma išplėsti. Pramonė nepaveja paklausos. Fabrikai yra sudėtingi, neužtenka tiesiog pastatyti pastatą, pasamdyti žmonių ir pradėti kepti tuos lustus. Tam reikalingas dešimtmečius trunkantis įdirbis, aukščiausios kvalifikacijos personalas. Gamyklos neprisikasa smėlio ir nepradeda gaminti, yra ir kita technologinė įranga, be kurios lustai negali funkcionuoti. Grandinė yra ganėtinai sudėtinga“, – aiškino Ž. Nakutis.

Krizės padariniai priklauso nuo mūsų kantrybės

Dalis žmonių internetinėje erdvėje diskutuoja, kad lustų krize prisidengdami išmaniųjų įrenginių gamintojai siekia dar labiau padidinti produktų paklausą bei kainas. Tačiau, profesoriaus nuomone, bent jau šiuo metu galima teigti, kad šios krizės priežastys yra objektyvios.

„Kiek verslai gali bandyti tuo pasinaudoti, jau sunku prognozuoti. Bet objektyviai manau, kad ta krizė yra. Daugelis klausia, kiek ilgai ji tęsis. Didžioji dauguma šaltinių mini, kad nuo pusmečio iki dvejų metų. Gal ne visi sektoriai vienodai tai patirs, pradžioje bus bandoma aptarnauti pačius didžiausius, kaip išmaniųjų telefonų, automobilių pramonę“, – kalbėjo profesorius.

Tai, kaip ši lustų krizė paveiks vartotojus, Ž. Nakučio manymu, priklauso nuo mūsų pačių kantrybės. Jeigu daugeliui atsiras būtinybė nuolat keisti savo išmaniuosius įrenginius, krizė palies stipriai. O jeigu ne – paprastiems žmonėms galbūt ji net nebus itin juntama.

„Žinoma, yra ir kiti dalykai. Nekalbant apie tai, ar nori naujausio, brangiausio telefono arba kompiuterio, o kai kelis mėnesius neturi įrenginio, tampa nebejuokinga. Gali būti tiesiog gedimas, ne tai, kad nori naujo, bet baigiasi įrenginio eksploatacijos laikas ir jo nebeišeina pataisyti. Tada jau yra ne pramogos klausimas, o būtinybės. Daugiau pavojų įžvelgčiau, jeigu pradėtų strigti būtinosios prekės. Nelogiška būtų manyti, kad tuomet jų kaina nekiltų“, – aiškino pašnekovas.

Anot jo, kadangi išmaniųjų įrenginių gamintojų yra nemažai, kyla klausimas, ar dėl šios krizės jie kels savo produktų kainas ir kaip tai darytų, kad išliktų konkurencingi.

Mums svarbus tikslumas ir sklandi tekstų kalba. Jei pastebėjote klaidų, praneškite portalas@lrt.lt