211service.com
Memristorer gör chips billigare
Hela industrier och forskningsfält ägnas åt att se till att datorer varje år fortsätter att bli snabbare. Men denna trend kan börja sakta ner eftersom komponenterna som används i elektroniska kretsar krymps till storleken på bara några atomer. Forskare vid HP Labs i Palo Alto, Kalifornien, satsar på att en ny grundläggande elektronisk komponent – memristorn – kommer att hålla datorkraften ökad i denna takt i många år framöver.
Hårdvaruuppgradering: Forskare tog bort transistorer från det nedre lagret av detta kiselbaserade chip (visat i gult och blått) och ersatte dem med färre memristorer i det översta lagret (visas i rött). Memristorer kan göra jobbet som transistorer men kräver mindre kraft och utrymme. Enligt HP skulle de kunna revolutionera integrerade kretsar och minnesteknik.
Memristors förutspåddes första gången 1971 av professorn i Berkeley Leon Chua . De är enheter i nanoskala med unika egenskaper: ett variabelt motstånd och förmågan att komma ihåg motståndet även när strömmen är avstängd.
Efter att ha återupptäckt Chuas arbete byggde forskare vid HP Labs den första fungerande memristorn i maj i år. Och förra veckan, den första någonsin Memristor och Memristor Systems Symposium , i Berkeley, CA, visade samma team hur memristorer kan integreras i fungerande kretsar. Deras kretsar kräver färre transistorer, vilket gör att fler komponenter (och mer datorkraft) kan packas i samma fysiska utrymme samtidigt som de använder mindre kraft för att fungera.
Vi försöker ge Moores lag ett lyft, säger ledande forskare Stan Williams , en senior forskare vid HP, med hänvisning till en förutsägelse gjord av Intels grundare Gordon Moore att antalet transistorer på en datorkrets (och därför datorprestanda) bör fördubblas ungefär vartannat år.
Ökad prestanda har vanligtvis inneburit att komponenterna har krympt så att fler kan packas på en krets. Men istället tar Williams team bort några transistorer och ersätter dem med ett mindre antal memristorer. Vi försöker inte tränga ihop fler transistorer på ett chip eller i en viss krets, säger Williams. Hybrid memristor-transistorchips har verkligen löftet om att leverera mycket mer prestanda.
En memristor fungerar mycket som ett motstånd men med en stor skillnad: den kan ändra resistans beroende på mängden och riktningen på spänningen som appliceras och kan komma ihåg sitt motstånd även när spänningen är avstängd. Dessa ovanliga egenskaper gör dem intressanta både ur vetenskaplig och teknisk synvinkel. En enda memristor kan utföra samma logiska funktioner som flera transistorer, vilket gör dem till ett lovande sätt att öka datorns effekt. Memristorer kan också visa sig vara ett snabbare, mindre, mer energieffektivt alternativ till flashlagring.
Även om memristorforskning fortfarande är i sin linda, arbetar HP Labs med en handfull praktiska memristorprojekt. Och nu har Williams team demonstrerat ett fungerande memristor-transistor-hybridchip.
Eftersom memristorer är gjorda av samma material som används i vanliga integrerade kretsar, säger Williams, visar det sig vara väldigt enkelt att integrera dem med transistorer. Hans team, som inkluderar HP-forskaren Qiangfei Xia, byggde en fältprogrammerbar gate array (FPGA) med en ny design som inkluderar memristorer gjorda av halvledaren titandioxid och mycket färre transistorer än normalt.
Ingenjörer använder vanligtvis FPGA:er för att testa prototypchipdesigner eftersom de kan konfigureras om för att utföra en mängd olika uppgifter. För att vara så flexibel är dock FPGA:er stora och dyra. Och när designen är klar överger ingenjörer i allmänhet FPGA:er för smalare applikationsspecifika integrerade kretsar.
När du bestämmer dig för vilken logikoperation du vill göra, vänder du faktiskt ett gäng switchar och konfigurationsbitar i kretsen, säger Williams. I det nya chippet utförs dessa uppgifter av memristorer. Det vi tittar på är att i huvudsak dra ut alla konfigurationsbitar och alla transistoromkopplare, säger han.
Enligt Williams skulle användning av memristorer i FPGA:er kunna bidra till avsevärt lägre kostnader. Om våra idéer slår igenom kommer den här typen av FPGA att helt förändra balansen, säger han.
I slutändan kan de närmaste åren bli mycket viktiga för memristorforskningen. Just nu är det största hindret för att få memristorer på marknaden att ha [så få] människor som faktiskt kan designa kretsar [med hjälp av memristorer], säger Williams. Ändå förutspår han att memristorer kommer att anlända i kommersiella kretsar inom de kommande tre åren.