211service.com
Memristor-geheugen gereed voor productie
HP is begonnen met het testen van monsters van een nieuw soort niet-vluchtig geheugen op basis van memristors - circuitelementen die veel kleiner zijn dan de transistors die in flash-geheugen worden gebruikt. Het bedrijf is van plan om over drie jaar het eerste commerciële geheugenproduct met memristor te introduceren.
Lange termijn geheugen: Elk van de witte vlekken in dit atoomkrachtmicroscopiebeeld is een memristor met een diameter van 50 nanometer.
HP verwacht dat zijn memristor-geheugentechnologie beter zal schalen dan flash en hoopt in 2013 een product aan te bieden met een opslagdichtheid van ongeveer 20 gigabyte per vierkante centimeter – het dubbele van de opslag die flash op dat moment naar verwachting zal bieden. De verhuizing wordt een belangrijke proeftuin voor memristors; de betrouwbaarheid en prestaties van deze componenten, voor het eerst gemaakt in HP Labs in 2008, zijn grotendeels onbewezen.
R. Stan Williams , een senior fellow bij HP en directeur van het informatie- en kwantumsysteemlab van het bedrijf, zegt dat zijn groep de eerste batch van memristor-geheugenapparaten aan het testen is die zijn gemaakt in een niet nader genoemde halfgeleiderfabriek. De memristor-arrays van monsters worden gebouwd op standaard siliciumwafels van 300 millimeter.
Memristors zijn apparaten op nanoschaal met een variabele weerstand en het vermogen om hun weerstand te onthouden wanneer de stroom is uitgeschakeld. HP vervaardigt ze met behulp van conventionele lithografietechnieken: het leggen van een reeks parallelle metalen nanodraden, het bekleden van de draden met een laag titaniumdioxide van enkele nanometers dik, en dan het leggen van een tweede reeks draden loodrecht op de eerste. De punten waar de draden elkaar kruisen, zijn de memristors, en elk kan zo klein zijn als ongeveer drie nanometer. Deze dwarsbalkstructuur maakt het ook mogelijk om memristors in zeer dichte arrays te verpakken.
Zowel het flash- als het memristorgeheugen zijn niet-vluchtig, wat betekent dat ze gegevens vasthouden, zelfs als de stroom uitvalt. Flash heeft echter enkele beperkingen. Het kan slechts ongeveer 100.000 gegevensschrijfcycli weerstaan, en net als alle apparaten op basis van siliciumtransistors, zal het tegen fysieke limieten aanlopen omdat het wordt geschaald om meer opslagdichte geheugenapparaten te maken. Williams zegt dat het memristorgeheugen in laboratoriumtests tot ongeveer een miljoen lees-schrijfcycli kan weerstaan. We zullen sneller en verder kunnen schalen dan flash omdat de memristor een heel eenvoudige structuur is en kan worden gestapeld, zegt Williams.
Andere onderzoekers zijn voorzichtig optimistisch over de belofte van memristors. Hoewel de materiaaleigenschappen van silicium bekend zijn, zijn die van de materialen die worden gebruikt om de memristors van Williams te maken dat niet, althans tot nu toe.
De grondbeginselen van waarom deze metaaloxiden veranderen zoals ze doen, worden niet goed begrepen, zegt: Curt Richter , leider van het NanoElectronic Device Metrology-project bij het National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg, MD. Een beter begrip van de fundamentele materiaaleigenschappen van de metaaloxiden die worden gebruikt om de memristors te maken, is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat chips met miljarden van de apparaten gedurende 10 jaar betrouwbaar werken.
Het overbrengen van de technologie naar fabricagefaciliteiten kan een grote bijdrage leveren aan het opvullen van die kennislacune. Als je eenmaal de fab hebt, is het een compleet nieuwe game, zegt Dmitri Strukov , hoogleraar elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, die memristors in zijn laboratorium ontwikkelt.
Het zou ook kunnen helpen bij het ontwikkelen van logische memristorcircuits, zegt Richter. Memristors zijn het onderwerp van veel belangstelling omdat ze in theorie in staat zijn tot activiteit die analoog is aan wat er gebeurt in een synaps in het menselijk brein. Tot nu toe zijn echter alle experimentele demonstraties van memristors bereikt door ze te dwingen zich meer als transistors te gedragen. In plaats van te schakelen tussen honderden toestanden, zijn deze memristors gemaakt om te schakelen tussen twee toestanden met een hoge en lage weerstand - een digitale nul en een.
Deze week in het journaal Natuur , rapporteerden Williams en collega's een grote stap voorwaarts voor memristorlogica met de fabricage van circuits die in staat zijn tot volledige Booleaanse logica. De circuits zijn nog steeds digitaal, maar Williams zegt dat zijn team heeft aangetoond dat alles wat op silicium kan worden berekend, kan worden gedaan met memristors en in een kleinere ruimte. Het demonstreren van digitale logica met de apparaten is een belangrijke eerste stap naar meer exotische computers, zegt Strukov.
De memristorcircuits gerapporteerd in Natuur zijn ook in staat tot zowel geheugen als logica, functies die worden uitgevoerd in afzonderlijke apparaten in de hedendaagse computers. De meeste energie die tegenwoordig voor berekeningen wordt gebruikt, wordt gebruikt om de gegevens tussen de harde schijf en de processor te verplaatsen, zegt Williams. Een toekomstig op memristor gebaseerd apparaat dat beide functies biedt, kan veel energie besparen en computers helpen steeds sneller te worden, zelfs als silicium zijn fysieke grenzen bereikt.
Voor nu zal het bedrijf echter werken aan het overwinnen van mogelijke productie-uitdagingen die zich voordoen bij het ontwikkelen van memristors voor niet-vluchtig geheugen. Memristors zijn passieve apparaten die bovenop traditionele siliciumtransistors moeten worden gebouwd die dienen om het systeem van stroom te voorzien. Deze complexiteit kan een hindernis zijn, zegt Pinaki Mazumder , hoogleraar elektrotechniek en informatica aan de Universiteit van Michigan. Als je meer [lithografie]maskers introduceert, kan dat een negatief effect hebben op de opbrengsten, omdat je kans op fouten groter wordt, zegt hij.
Ondanks deze uitdagingen zegt Williams dat het tijd is voor memristors om op te schalen. Onze laboratoriumresultaten waren goed, en het is tijd om memristors in de fab te testen.