Neviditelná síla čipů: Moderní polovodiče mezi sebou dokážou komunikovat a otevírají cestu k inteligentní budoucnosti

Dnešní svět funguje díky čipům. S jejich pomocí si ohřejeme jídlo v mikrovlnce, změříme si tep při sportu nebo se spolehneme na bezpečnostní systémy v autě. Tyto miniaturní polovodiče jsou přitom stále vyspělejší a dokážou spolu i komunikovat. Jejich vývoj se dynamicky rozvíjí také v Česku, kde se otevírají nové studijní programy a roste zájem firem o výrobu. V následujícím rozhovoru svět čipů přibližuje doc. Lukáš Fujcik z Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT.

Jak si můžeme čip představit? Představte si malou destičku, většinou menší než nehet na malíčku. Vypadá obyčejně, je to taková černá ploška s nožičkami, ale uvnitř se skrývá miniaturní svět. Jsou tam miliony „mikrospínačů“, které řídí, co má přístroj dělat. Čip figuruje jako takový mozek přístroje. Řídí, hlídá, počítá, komunikuje. Většinou ho nevidíme, ale moderní technika by bez něj nefungovala.

Z čeho se čipy vyrábějí? A odkud se nezbytné suroviny berou? Základním materiálem je křemík – stejný prvek, který najdeme i v obyčejném písku. Jen musí být dokonale čistý. Kromě křemíku se dnes, zejména ve výkonových čipech, stále více používají i pokročilé materiály, jako je karbid křemíku nebo nitrid galia. Tyto suroviny se těží po celém světě, například v Číně, USA nebo Austrálii a vozí se tam, kde se čipy navrhují a vyrábějí. Evropa chce být v tomto ohledu soběstačnější, aby při krizích nebyla odkázaná na dodávky z Asie.

Je jejich výroba složitá? Nebo se naopak jedná o automatizovanou strojovou či snadnou manuální práci? Výroba čipů je jedna z nejsložitějších věcí, které lidstvo zvládlo. Probíhá v extrémně čistých prostorách, kde je méně prachu než na operačním sále. Některé části čipu jsou tenčí než lidský vlas. Většina výroby je automatizovaná, ale vše hlídají a řídí špičkoví inženýři. Není to žádná montovna, spíše vědecko-technologický orchestr.

Jak dlouho trvá celý čip z polovodičů vyrobit? Návrh čipu může trvat rok, někdy déle. Samotná výroba jednoho „plátu“ – takzvaného waferu – zabere několik týdnů a pak ještě následuje testování, rozřezání a zabalení. Není to žádná rychlovka, ale právě proto je výsledek tak spolehlivý. Je to, jako byste vyráběli hodinky ve velikosti zrnka prachu.

Co všechno čipy umí? Některé hlídají teplotu, jiné řídí letadlo nebo kameru v autě. Umí měřit, počítat, reagovat, sbírat data i rozhodovat. Najdete je v mobilu, elektrárně i satelitu. A třeba v chytré pračce, co pozná, kolik máte prádla, a podle toho si sama řekne, kolik vody potřebuje. Čipy spolu čím dál častěji komunikují a samy se rozhodují, třeba v autě nebo v chytrém domě.

Snad každý ví, že čipy najdeme v automobilech nebo mobilních telefonech, ale kde jinde ještě jsou? Jsou úplně všude. V platebních kartách, elektrických zubních kartáčcích, pračkách, chytrých hodinkách i v semaforech. V kamerách, co rozeznají obličej, a v termostatech, co vám doma šetří energii. I v žárovce, která večer sama ztlumí světlo, když usnete.

Jsou produkty, kde bychom čipy vůbec nehledali, ale přesto se v nich nacházejí? Určitě! Třeba v chytrých teniskách, co měří vaši chůzi a techniku došlapu. Nebo v květináči, co vám přes mobil napoví, kdy máte zalít kytku. V moderních nemocnicích jsou i obvazy, které hlídají hojení ran. Čipy dnes pomáhají rovněž tam, kde bychom je ještě před pár lety ani nehádali.

Mluví se o nějakých zařízeních, jejichž součástí čipy ještě nejsou, ale v budoucnu by mohly být? Ano, například textil, co hlídá zdravotní stav, nebo stavební materiály, které v sobě mají senzory teploty a vlhkosti. Mluví se i o potravinových obalech s čipem, který pozná, jestli se vám zkazil jogurt. Čeká nás doba, kdy „chytré“ bude i to, co bylo dříve úplně obyčejné.

Vyrábějí se čipy i u nás v Česku? Ano! Vyrábějí se třeba v Rožnově nebo Praze, ale hlavní síla Česka je v jejich návrhu. Brno, Praha i Plzeň jsou města, kde se navrhují čipy pro vesmír, medicínu, automobily i energetiku. A s novou národní polovodičovou strategií se toho u nás chystá mnohem více. Česko chce být na čipové mapě Evropy vidět. Podle národní polovodičové strategie by se měl čipový sektor do roku 2029 ztrojnásobit.

Jedná se o dobře placenou práci? Kolik vlastně takový čip může stát? Rozhodně! Lidé v tomto oboru mají výborné platové podmínky. I díky tomu, jak náročné a důležité to je. A cena čipu? Někdy pár korun, jindy tisíce, například v případě výkonných grafických čipů do počítačů nebo specializovaných čipů pro umělou inteligenci. Záleží, co čip umí, jaká cílová technologie je použita a v jakém množství se produkuje. To vše ovlivňuje konečnou cenu.

Jak zajistit, aby mělo Česko dostatek výrobní síly? Musíme vychovat novou generaci expertů, ať už návrhářů, techniků, nebo inženýrů. K tomu slouží nově připravované studijní programy, třeba u nás na VUT v Brně vzniká nový obor „Návrh čipů a moderní polovodičové technologie“. Česko je také zapojeno do významného evropského projektu Chips of Europe, který propojuje školy, firmy a studenty napříč Evropou a pomáhá vychovávat budoucí talenty v oblasti polovodičů. Důležitá je i podpora výzkumu, zjednodušení příchodu šikovných lidí ze zahraničí a budování zázemí pro nové firmy. Cílem je mít v oboru přes 9 000 lidí, tedy třikrát více než dnes.

Je o studium polovodičů zájem? Přeci jen se jedná o odvětví se slibnou budoucností. Ano, zájem je a roste. Studenti si uvědomují, že jde o obor s budoucností. Mohou se podílet na vývoji technologií pro auta, vesmír či třeba zdravotnictví. A mít jistotu, že to, co dělají, dává smysl a bude to potřeba i za 20 let. A to je pro mladé lidi hodně lákavé.

Jaká je uplatnitelnost absolventů tohoto oboru? Vynikající. Už při studiu se o ně zajímají firmy z Česka i ze zahraničí. Ať už chtějí čipy navrhovat, testovat, nebo třeba programovat, dveře mají otevřené. Průmysl, výzkum, vývoj, start-upy, vesmírné technologie… Možností je spousta. A poptávka bude jen růst.

Autor textu: Nikola Zámečníková