211service.com
Memristorminne redo för produktion
HP har börjat testa prover av en ny typ av beständigt minne baserat på memristorer – kretselement som är mycket mindre än de transistorer som används i flashminnet. Företaget planerar att introducera den första kommersiella memristor-minnesprodukten om tre år.
Långtids minne: Var och en av de vita fläckarna i denna atomkraftmikroskopibild är en memristor 50 nanometer i diameter.
HP förväntar sig att dess memristorminnesteknologi ska skalas bättre än flash och hoppas kunna erbjuda en produkt med en lagringstäthet på cirka 20 gigabyte per kvadratcentimeter 2013 – dubbelt så mycket lagring som flash förväntas erbjuda vid den tidpunkten. Flytten kommer att bli en viktig testplats för memristorer; tillförlitligheten och prestandan hos dessa komponenter, som först gjordes på HP Labs 2008, är fortfarande i stort sett oprövad.
R. Stan Williams , en senior fellow på HP och chef för företagets informations- och kvantsystemlabb, säger att hans grupp testar den första satsen av provminnesenheter för memristor tillverkade i en okänd halvledarfabrik. Prov memristor arrays byggs på standard 300-millimeters kiselskivor.
Memristorer är enheter i nanoskala med ett variabelt motstånd och förmågan att komma ihåg deras motstånd när strömmen är avstängd. HP tillverkar dem med hjälp av konventionella litografitekniker: lägger ner en serie parallella metallnanotrådar, belägger ledningarna med ett lager titandioxid några nanometer tjockt och lägger sedan ner en andra uppsättning av trådar vinkelrätt mot den första. Punkterna där ledningarna korsar är memristorerna, och var och en kan vara så liten som cirka tre nanometer. Denna tvärstångsstruktur gör det också möjligt att packa memristorer i mycket täta arrayer.
Både flash- och memristorminne är icke-flyktiga, vilket innebär att de håller på data även när strömmen är avstängd. Flash har dock vissa begränsningar. Den tål bara cirka 100 000 dataskrivcykler, och som alla enheter baserade på kiseltransistorer kommer den att möta fysiska gränser när den skalas för att göra mer lagringstäta minnesenheter. Williams säger att memristorminnet tål upp till cirka en miljon läs-skrivcykler i labbtester. Vi kommer att kunna skala snabbare och längre än flash eftersom memristorn är en väldigt enkel struktur, och den kan staplas, säger Williams.
Andra forskare är försiktigt optimistiska om memristors löfte. Även om kiselns materialegenskaper är välkända, är de av materialen som används för att tillverka Williams memristorer inte - åtminstone än så länge.
Grunderna för varför dessa metalloxider växlar som de gör är inte väl förstått, säger Curt Richter , ledare för NanoElectronic Device Metrology-projektet vid National Institute of Standards and Technology (NIST) i Gaithersburg, MD. En bättre förståelse av de grundläggande materialegenskaperna hos metalloxiderna som används för att tillverka memristorerna kommer att vara avgörande för att säkerställa att chips med miljarder enheter fungerar tillförlitligt under så länge som 10 år.
Att överföra tekniken till tillverkningsanläggningar skulle kunna räcka långt för att fylla den kunskapsluckan. När du har fab, är det ett helt nytt spel, säger Dmitri Strukov , professor i el- och datorteknik vid University of California, Santa Barbara, som utvecklar memristorer i sitt labb.
Det kan också hjälpa ansträngningar att utveckla logiska memristorkretsar, säger Richter. Memristorer har varit föremål för stort intresse eftersom de i teorin är kapabla till aktivitet som är analog med vad som händer i en synaps i den mänskliga hjärnan. Hittills har dock alla experimentella demonstrationer av memristorer åstadkommits genom att tvinga dem att bete sig mer som transistorer. Istället för att växla mellan hundratals tillstånd, har dessa memristorer gjorts för att växla mellan två tillstånd med hög och låg resistans – en digital nolla och en.
Denna vecka i journalen Natur , Williams och kollegor rapporterade ett stort steg framåt för memristorlogik med tillverkningen av kretsar som kan fullborda boolesk logik. Kretsarna är fortfarande digitala, men Williams säger att hans team har visat att allt som kan beräknas på kisel kan göras med memristorer och på ett mindre utrymme. Att demonstrera digital logik med enheterna är ett viktigt första steg mot mer exotisk datoranvändning, säger Strukov.
Memristorkretsarna rapporterade i Natur är också kapabla till både minne och logik, funktioner som görs i separata enheter i dagens datorer. Det mesta av energin som används för beräkningar idag går åt till att flytta runt data mellan hårddisken och processorn, säger Williams. En framtida memristor-baserad enhet som gav båda funktionerna skulle kunna spara mycket energi och hjälpa datorer att bli snabbare, även när kisel når sina fysiska gränser.
Men för närvarande kommer företaget att arbeta för att övervinna potentiella tillverkningsutmaningar som uppstår när det utvecklar memristorer för icke-flyktigt minne. Memristorer är passiva enheter som måste byggas ovanpå traditionella kiseltransistorer som tjänar till att införa ström i systemet. Denna komplexitet kan vara ett hinder, säger Pinaki Mazumder , professor i elektroteknik och datavetenskap vid University of Michigan. När du introducerar fler [litografi]-masker kan det ha en negativ effekt på avkastningen, eftersom din chans för fel ökar, säger han.
Trots dessa utmaningar säger Williams att det är dags för memristorer att skala upp. Våra labbresultat har varit bra, och det är dags att testa memristorer i fabriken.