Ce sunt încărcătoarele GaN? Tehnologia care permite încărcare rapidă ușoară

Multe smartphone-uri de top nu mai includ încărcătoare în cutie. Aceasta înseamnă că fie trebuie să utilizați vechiul adaptor de perete USB, fie să cumpărați separat o cărămidă de încărcare.

Dar, odată cu creșterea numărului nostru de echipamente alimentate prin USB, este înțelept să cumpărați un adaptor USB cu un singur port? Și, dacă aveți mai multe dispozitive de încărcare rapidă, cum puteți încărca rapid simultan cu un singur adaptor?

Aici intervine încărcătorul GaN. Dar ce este? Iată o privire asupra viitoarelor cărămizi de încărcare, computere și nu numai.

Cum funcționează încărcătoarele rapide

Primele smartphone-uri aveau baterii care erau limitate la viteze de încărcare de cinci wați. Producătorii au făcut acest lucru pentru a evita supraîncălzirea bateriei, care ar putea reduce durata de viață a acesteia sau chiar ar putea cauza defecțiuni catastrofale.

Cu toate acestea, pe măsură ce au apărut noi tehnologii, bateriile au început să aibă o capacitate mai mare în ceea ce privește cantitatea de încărcare pe care o deține și energia pe care o poate folosi pentru reîncărcare. Și, pentru a se asigura că nu folosesc prea multă putere, ceea ce se traduce prin mai multă căldură, producătorii au implementat circuite interne care controlează fluxul.

Acest sistem știe câtă tensiune și amperaj poate accepta bateria sa și, astfel, va comunica cu cărămida de încărcare. De asemenea, telefonul poate spune cărămizii de încărcare tipul de cablu USB pe care îl utilizați, cât de mult este încărcată bateria, precum și alte câteva detalii.

În esență, cărămizile moderne de încărcare USB sunt computerele în sine. Au plăci mici care procesează informațiile de pe dispozitivul dvs. și își ajustează rezultatul după cum este necesar. Cu toate acestea, din cauza acestei cerințe, încărcătoarele au devenit mai mari și mai grele.

Secretul nitrurii de galiu

Aici intervine nitrura de galiu. După cum probabil știți, computerele de astăzi sunt fabricate din cipuri de siliciu. Acest lucru sa întâmplat deoarece siliciul este un element abundent și relativ ușor de lucrat. Este, de asemenea, un semiconductor excelent datorită proprietăților sale electrice reglabile.

Cu toate acestea, nitrura de galiu sau GaN s-a descoperit a fi o alternativă mai nouă și mai bună la siliciu. Acest material este mai bun la conducerea unei tensiuni mai mari pe perioade mai lungi în comparație cu siliciul. Curenții electrici se deplasează, de asemenea, mai repede prin el, permițând o procesare mai rapidă.

Această conductivitate mai bună duce la o eficiență mai mare. Asta pentru că nu are nevoie de atâta energie pentru a obține aceeași ieșire în comparație cu tranzistoarele cu siliciu. De asemenea, a permis producătorilor să creeze cipuri într-o formă mai densă și mai compactă, deoarece mai puțină energie înseamnă mai puțină căldură. Chipurile GaN au, de asemenea, o capacitate de tensiune mai mare și sunt mai rezistente la căldură, perfecte pentru aplicațiile de transfer de putere.

Toate aceste proprietăți fac GaN perfect pentru tehnologiile de încărcare. Poate scoate aceeași putere ca cipurile de siliciu fără a necesita la fel de mult spațiu, poate produce mai puțină căldură, în ciuda faptului că are o putere mare și este mai eficient din punct de vedere energetic. De aceea, puteți cumpăra mici cărămizi de alimentare GaN care pot încărca rapid mai multe dispozitive, păstrând în același timp aceeași dimensiune ca încărcătorul dvs. de stoc.

Dincolo de încărcare

Cipurile GaN nu se limitează la tehnologiile de încărcare. De fapt, în anii 1990, GaN a fost folosit în principal în LED-uri. Acest material a permis dezvoltarea de LED-uri albe și ecrane LED luminoase, vizibile la lumina zilei.

Playerele Blu-ray l-au folosit și ca laser albastru bazat pe GaN. Acest laser avea o lungime de undă mai scurtă de 405 nm, permițându-i să citească informațiile mai aproape și cu o mai bună precizie. De aceea, discurile Blu-ray pot conține mai multe informații în comparație cu DVD-urile.

Infrastructurile wireless și de radiofrecvență folosesc, de asemenea, cipuri bazate pe GaN, datorită funcționării lor eficiente în medii de înaltă tensiune. Îl poți găsi chiar și în mașinile electrice, datorită proprietăților lor rezistente la căldură.

Cipurile GaN au găsit și aplicații militare. Din 2010, acestea au fost instalate în radare active scanate electronic, permițând Armatei SUA să lanseze sisteme cu mobilitate mai bună și costuri mai mici, necesitând în același timp mai puțin personal.

De ce nu avem computere cu galiu (încă)

Unul dintre principalele motive pentru care nu avem încă computere pe bază de galiu este costul. Deși se preconizează că tehnologia cu siliciu va atinge limita teoretică a dezvoltării sale în câțiva ani, majoritatea infrastructurii de cip se bazează pe aceasta, făcând cipurile de siliciu disponibile pe scară largă.

Această amploare îl face economic și ușor de produs. Deoarece este folosit de peste 50 de ani, este deja tehnologie standard. Deocamdată, majoritatea producătorilor de cipuri se țin de siliciu pentru că este ceea ce cere piața.

În plus, trecerea la cipuri GaN necesită investiții extinse în noi design-uri, procese și echipamente. Companiile vor trebui să își adapteze sistemele astfel încât să poată lucra atât pe siliciu, cât și pe material GaN.

Înrudit: Cum ar putea schimba computerul cuantic lumea

Pe lângă costuri, procesele de fabricație GaN necesită mai multă rafinare. În anul 2000, cristalele de siliciu fabricate aveau doar o sută de defecte sau mai puține pe centimetru pătrat. Pe de altă parte, GaN avea de aproximativ zece milioane de ori mai multe impurități.

De atunci, acest lucru s-a îmbunătățit la niveluri mai ușor de gestionat, dar încă nu este la fel de eficient de produs în comparație cu siliciul. Cu toate acestea, pe măsură ce se face mai multă cercetare și dezvoltare pe nitrură de galiu, ne putem aștepta ca producția acesteia să fie egală sau chiar mai bună decât siliciul.

Limita de siliciu

Ceea ce va împinge în cele din urmă pentru adoptarea pe scară largă a tehnologiei GaN este limita de siliciu. La urma urmei, tendința noastră tehnologică se bazează pe o mai bună miniaturizare și eficiență.

De exemplu, computerele au fost cândva mașini de dimensiunea unei încăperi care foloseau tuburi cu vid colosale care necesitau multă energie pentru a funcționa. Invenția semiconductorului de siliciu ne-a permis apoi să împachetăm cu aceeași putere într-un cip de mărimea unei unghii.

De aceea, ceasul tău inteligent de astăzi este mai puternic decât computerul de bord de pe Apollo 11, care a dus primii oameni pe Lună în 1969.

În 1965, Gordon Moore, directorul de cercetare și dezvoltare al Fairchild Semiconductor și viitor președinte al Intel Corporation, a spus că tranzistorii pe cipuri integrate se vor dubla la fiecare doi ani.

Înrudit: De ce există o penurie globală de cipuri și când se va termina?

Această predicție a fost în mare parte adevărată. În 1971, cipurile aveau mai puțin de 5.000 de tranzistori. Dar astăzi, chiar și procesoarele mobile au peste 10 miliarde de tranzistori. Cele mai recente procesoare de consum au un tranzistor de 5 nm și ne așteptăm să-l vedem să se micșoreze la 2 nm în 2024.

Cu toate acestea, deși producătorii încă găsesc o modalitate de a miniaturiza siliciul, în curând îi vom atinge limitele fizice. Atomul de siliciu este de aproximativ 0,2 nm, ceea ce face tranzistorii de curent cu o lățime de aproximativ 25 de atomi.

Procesul de 2 nm înseamnă că vom avea doar aproximativ zece atomi de siliciu pe tranzistor. Dacă mergem mai jos, tranzistorul devine instabil și greu de controlat.

Viitorul este GaN

Din aceste motive, mulți văd GaN ca pe viitorul înlocuitor al siliciului. Proprietățile sale îl fac de aproximativ o mie de ori mai eficient decât siliciul. Deci, dacă aveți un GaN de 10 nm, vă puteți aștepta să fie mult mai puternic decât un cip pe bază de siliciu de dimensiuni echivalente.

Pe măsură ce siliciul își va atinge lent, dar sigur dimensiunea maximă de miniaturizare, tehnologia GaN va prelua în cele din urmă lumea computerelor. Așadar, aruncați o privire atentă la încărcătorul dvs. rapid GaN - pentru că, cel mai probabil, acesta este ceea ce va fi viitorul - compact, eficient și puternic.