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Memoria Memristor pronta per la produzione
HP ha iniziato a testare campioni di un nuovo tipo di memoria non volatile basata su memristori, elementi circuitali molto più piccoli dei transistor utilizzati nella memoria flash. L'azienda prevede di introdurre il primo prodotto commerciale di memoria memristor tra tre anni.
Memoria a lungo termine: Ciascuno dei punti bianchi in questa immagine di microscopia a forza atomica è un memristor di 50 nanometri di diametro.
HP si aspetta che la sua tecnologia di memoria memristor si ridimensioni meglio di quella flash e spera di offrire un prodotto con una densità di archiviazione di circa 20 gigabyte per centimetro quadrato nel 2013, il doppio dello spazio di archiviazione che dovrebbe offrire la memoria flash in quel momento. La mossa sarà un importante banco di prova per i memristori; l'affidabilità e le prestazioni di questi componenti, realizzati per la prima volta negli HP Labs nel 2008, rimangono ampiamente non dimostrate.
R. Stan Williams , un membro anziano di HP e direttore del laboratorio di informazioni e sistemi quantistici dell'azienda, afferma che il suo gruppo sta testando il primo lotto di dispositivi di memoria memristor campione realizzati in una fabbrica di semiconduttori sconosciuta. Gli array di memristor campione vengono costruiti su wafer di silicio standard da 300 millimetri.
I memristori sono dispositivi su scala nanometrica con una resistenza variabile e la capacità di ricordare la loro resistenza quando l'alimentazione è spenta. HP li fabbrica utilizzando tecniche di litografia convenzionali: stendendo una serie di nanofili metallici paralleli, rivestendo i cavi con uno strato di biossido di titanio spesso pochi nanometri e poi stendendo una seconda serie di cavi perpendicolare alla prima. I punti in cui i fili si incrociano sono i memristori e ciascuno può essere piccolo fino a circa tre nanometri. Questa struttura a barre incrociate consente inoltre di imballare i memristori in array molto densi.
Sia la memoria flash che quella memristor sono non volatili, il che significa che conservano i dati anche quando l'alimentazione viene interrotta. Flash ha alcune limitazioni, però. Può resistere solo a circa 100.000 cicli di scrittura dei dati e, come tutti i dispositivi basati su transistor al silicio, incontrerà limiti fisici poiché viene ridimensionato per creare dispositivi di memoria più ricchi di spazio di archiviazione. Williams afferma che la memoria memristor può resistere fino a circa un milione di cicli di lettura-scrittura nei test di laboratorio. Saremo in grado di scalare più velocemente e più lontano del flash perché il memristor è una struttura molto semplice e può essere impilato, dice Williams.
Altri ricercatori sono cautamente ottimisti sulla promessa dei memristori. Mentre le proprietà del materiale del silicio sono ben note, quelle dei materiali utilizzati per realizzare i memristori di Williams non lo sono, almeno finora.
I fondamenti del motivo per cui questi ossidi metallici cambiano in questo modo non sono ben compresi, afferma Curt Richter , leader del progetto NanoElectronic Device Metrology presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) di Gaithersburg, MD. Una migliore comprensione delle proprietà fondamentali dei materiali degli ossidi metallici utilizzati per realizzare i memristori sarà fondamentale per garantire che i chip con miliardi di dispositivi funzionino in modo affidabile fino a 10 anni.
Il trasferimento della tecnologia alle strutture di fabbricazione potrebbe fare molto per colmare questa lacuna di conoscenza. Una volta che hai il favoloso, è un gioco completamente nuovo, dice Dmitri Strukov , professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università della California, Santa Barbara, che sta sviluppando memristori nel suo laboratorio.
Potrebbe anche aiutare gli sforzi per sviluppare circuiti logici memristor, afferma Richter. I memristori sono stati oggetto di molto interesse perché, in teoria, sono in grado di svolgere un'attività analoga a ciò che accade in una sinapsi nel cervello umano. Finora, tuttavia, tutte le dimostrazioni sperimentali dei memristori sono state realizzate costringendoli a comportarsi più come transistor. Invece di commutare tra centinaia di stati, questi memristori sono stati realizzati per commutare tra due stati con un'alta e una bassa resistenza: uno zero digitale e uno.
Questa settimana, sul giornale Natura , Williams e colleghi hanno riportato un importante passo avanti per la logica dei memristor con la fabbricazione di circuiti capaci di logica booleana completa. I circuiti sono ancora digitali, ma Williams afferma che il suo team ha dimostrato che tutto ciò che può essere calcolato sul silicio può essere fatto con i memristori e in uno spazio più piccolo. La dimostrazione della logica digitale con i dispositivi è un primo passo importante verso un'elaborazione più esotica, afferma Strukov.
I circuiti memristori riportati in Natura sono anche capaci di memoria e logica, funzioni che vengono eseguite in dispositivi separati nei computer di oggi. La maggior parte dell'energia utilizzata oggi per il calcolo viene utilizzata per spostare i dati tra il disco rigido e il processore, afferma Williams. Un futuro dispositivo basato su memristor che fornisse entrambe le funzioni potrebbe risparmiare molta energia e aiutare i computer a diventare sempre più veloci, anche se il silicio raggiunge i suoi limiti fisici.
Per ora, tuttavia, l'azienda lavorerà per superare le potenziali sfide di produzione che sorgono durante lo sviluppo di memristori per la memoria non volatile. I memristori sono dispositivi passivi che devono essere costruiti sopra i tradizionali transistor al silicio che servono per introdurre energia nel sistema. Questa complessità potrebbe essere un ostacolo, afferma Pinaki Mazumder , professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università del Michigan. Se introduci più maschere [litografia], potrebbe avere un effetto negativo sui rendimenti, perché aumenta la possibilità di errori, dice.
Nonostante queste sfide, Williams afferma che è tempo che i memristori si espandano. I nostri risultati di laboratorio sono stati buoni ed è ora di testare i memristori nella fabbrica.