211service.com
Memristors maken chips goedkoper
Hele industrieën en onderzoeksgebieden zijn toegewijd om ervoor te zorgen dat computers elk jaar sneller worden. Maar deze trend zou kunnen vertragen als de componenten die in elektronische schakelingen worden gebruikt, worden verkleind tot de grootte van slechts een paar atomen. Onderzoekers van HP Labs in Palo Alto, CA, wedden dat een nieuwe fundamentele elektronische component - de memristor - de computerkracht de komende jaren in dit tempo zal laten toenemen.
Hardware-upgrade: Onderzoekers verwijderden transistors uit de onderste laag van deze op silicium gebaseerde chip (weergegeven in geel en blauw) en vervangen ze door minder memristors in de bovenste laag (weergegeven in rood). Memristors kunnen het werk van transistors doen, maar hebben minder stroom en ruimte nodig. Volgens HP zouden ze een revolutie teweeg kunnen brengen in geïntegreerde schakelingen en geheugentechnologie.
Memristors werden voor het eerst voorspeld in 1971 door professor Berkeley Leon Chua . Het zijn apparaten op nanoschaal met unieke eigenschappen: een variabele weerstand en het vermogen om de weerstand te onthouden, zelfs als de stroom is uitgeschakeld.
Na het herontdekken van Chua's werk, bouwden onderzoekers van HP Labs in mei van dit jaar de eerste werkende memristor. En vorige week, bij de allereerste Memristor en Memristor Systems Symposium , in Berkeley, CA, liet hetzelfde team zien hoe memristors kunnen worden geïntegreerd in functionerende circuits. Hun circuits hebben minder transistors nodig, waardoor meer componenten (en meer rekenkracht) in dezelfde fysieke ruimte kunnen worden verpakt, terwijl ze ook minder stroom verbruiken om te functioneren.
We proberen de wet van Moore een boost te geven, zegt hoofdonderzoeker Stan Williams , een senior research fellow bij HP, verwijzend naar een voorspelling van Intel-oprichter Gordon Moore dat het aantal transistors op een computercircuit (en dus de computerprestaties) ongeveer elke twee jaar zou moeten verdubbelen.
Het verhogen van de prestaties betekende meestal dat componenten moesten worden verkleind, zodat er meer op een circuit kan worden gepakt. Maar in plaats daarvan verwijdert het team van Williams enkele transistors en vervangt ze door een kleiner aantal memristors. We proberen niet meer transistors op een chip of in een bepaald circuit te verdringen, zegt Williams. Hybride memristor-transistorchips hebben echt de belofte om veel meer prestaties te leveren.
Een memristor werkt veel als een weerstand, maar met één groot verschil: hij kan de weerstand veranderen afhankelijk van de hoeveelheid en richting van de aangelegde spanning en kan zijn weerstand onthouden, zelfs als de spanning is uitgeschakeld. Deze ongebruikelijke eigenschappen maken ze zowel wetenschappelijk als technisch interessant. Een enkele memristor kan dezelfde logische functies uitvoeren als meerdere transistors, waardoor ze een veelbelovende manier zijn om het computervermogen te vergroten. Memristors kunnen ook een sneller, kleiner en energiezuiniger alternatief blijken te zijn voor flash-opslag.
Hoewel het onderzoek naar memristor nog in de kinderschoenen staat, werkt HP Labs aan een handvol praktische memristorprojecten. En nu heeft het team van Williams een werkende memristor-transistor hybride chip gedemonstreerd.
Omdat memristors zijn gemaakt van dezelfde materialen die in normale geïntegreerde schakelingen worden gebruikt, zegt Williams, blijkt het heel eenvoudig om ze te integreren met transistors. Zijn team, waaronder HP-onderzoeker Qiangfei Xia, heeft een veldprogrammeerbare poortarray (FPGA) gebouwd met behulp van een nieuw ontwerp met memristors gemaakt van het halfgeleider-titaandioxide en veel minder transistors dan normaal.
Ingenieurs gebruiken vaak FPGA's om prototype-chipontwerpen te testen, omdat ze opnieuw kunnen worden geconfigureerd om een breed scala aan verschillende taken uit te voeren. Om zo flexibel te zijn, zijn FPGA's echter groot en duur. En zodra het ontwerp klaar is, verlaten ingenieurs FPGA's over het algemeen voor slankere toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen.
Als je besluit welke logische bewerking je wilt doen, draai je eigenlijk een aantal schakelaars en configuratiebits in het circuit om, zegt Williams. In de nieuwe chip worden deze taken uitgevoerd door memristors. Waar we naar kijken, is in wezen alle configuratiebits en alle transistorschakelaars eruit halen, zegt hij.
Volgens Williams kan het gebruik van memristors in FPGA's de kosten aanzienlijk verlagen. Als onze ideeën werken, zal dit type FPGA de balans volledig veranderen, zegt hij.
Uiteindelijk kunnen de komende jaren heel belangrijk zijn voor memristoronderzoek. Op dit moment is de grootste belemmering om memristors op de markt te krijgen het hebben van [zo weinig] mensen die circuits kunnen ontwerpen [met behulp van memristors], zegt Williams. Toch voorspelt hij dat binnen drie jaar memristors in commerciële circuits zullen arriveren.