¿Qué son los memristors y dónde son aplicables?

El nombre "memristor" proviene de dos palabras: memoria y resistencia. Este componente microelectrónico es un tipo de componente pasivo, una resistencia, pero a diferencia de una resistencia convencional, un memristor tiene un tipo de memoria.

La conclusión es que el memristor cambia su conductividad de acuerdo con la cantidad de carga eléctrica que fluye a través de él, dependiendo del valor de la integral a lo largo del tiempo que pasa a través del componente de corriente. Un memristor puede describirse como un terminal doble con un CVC no lineal y con una cierta histéresis.

Una nueva palabra en el mundo de la informática.

A principios de los años 70, el profesor estadounidense Leon Chua propuso un modelo teórico, que describía la relación entre el voltaje aplicado al elemento y la integral de corriente a lo largo del tiempo.

Durante muchos años, la teoría del profesor Chua siguió siendo una teoría, y solo en 2008 un grupo de científicos de Hewlett-Packard, dirigido por Stanley Williams, creó en el laboratorio una muestra de un elemento de memoria que se comportó de manera similar al memristor teóricamente descrito, aunque era diferente del memristor propuesto. modelo teórico anterior.

El dispositivo no soportaba flujo magnético como un inductor, no acumulaba una carga eléctrica como un condensador, y no se comportó en absoluto como una resistencia normal. El cuarto componente! Sus propiedades conductoras cambiaron debido a transformaciones químicas en una película de dióxido de titanio de dos capas de 5 nm de espesor.

La primera capa de la película se queda sin oxígeno y, por lo tanto, cuando se aplica un voltaje eléctrico a este dispositivo nanoiónico (a través de electrodos de platino), los sitios de oxígeno vacantes comienzan a migrar entre la primera y la segunda capa, lo que conduce a un cambio en la resistencia del dispositivo.

Ya en esta etapa está claro que el fenómeno de histéresis permite el uso de memristores como células de memoria, y en algunos aspectos de la electrónica es probable que puedan reemplazarse a sí mismos. transistores de semiconductores.

Amplias perspectivas para la implementación de membresías

En teoría, la memoria del memristor puede resultar más rápida y más densa que la memoria flash común hoy en día, y en forma de bloques puede reemplazar la memoria principal.

Dado que los memristores de alguna manera memorizan la carga que pasó a través de ellos, en principio esto permitiría a las computadoras negarse a cargar el sistema operativo en todo momento cada vez que se enciende la computadora después del apagado y, cuando se enciende, comenzar a trabajar de inmediato, reanudarla desde el último estado del sistema operativo guardado.

Hewlett-Packard y Hynix ya han declarado que la tecnología está básicamente lista para su implementación. En 2014, publicaron su proyecto para la supercomputadora "The Machine", y en 2016 demostraron su prototipo, con memoria basada en memristors y líneas de comunicación de fibra óptica. La comercialización aún no ha tenido lugar, pero se espera en los próximos años.

En principio, los memristors son adecuados no solo para el almacenamiento de datos, sino que también pueden participar en el procesamiento de la información, además, la misma unidad de memoria puede realizar ambas funciones.

Hipotéticamente, en el futuro cercano, los memristors ayudarán a crear sinapsis artificiales como parte de las redes neuronales artificiales, y los productos se pueden construir en equipos estándar de microchip. Un memristor se comporta de una manera muy similar a una sinapsis: cuanto más grande pase la señal, mejor pasará la señal en el futuro.

En general, las perspectivas para la implementación de memristors son bastante amplias. Sistemas informáticos de bajo consumo con memoria dinámica con la capacidad de mantener el estado actual incluso después de desconectar la alimentación: este es un gran avance.

En el horizonte, al menos, una clase mejorada de circuitos integrados en la que las ventajas de condensadores e inductancias (en términos de la capacidad de mantener su estado) se lograrán a nanoescala. Teledetección, sistemas biológicos neuromórficos artificiales, etc.

Dado el creciente uso de la computación en la nube y la escala moderna de Big Data, la necesidad de componentes de hardware potentes solo crecerá, lo que significa que el comienzo del rápido crecimiento del mercado de memristor es solo cuestión de tiempo. Además, si tomamos en cuenta la posibilidad (con la introducción de los memristores) de aumentar la productividad con la disminución de la generación de calor, resulta lógico que en un futuro próximo se superen las dificultades asociadas con la complejidad actual de los memristores como productos.

Aquí hay solo diez jugadores importantes de la industria hoy: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC y Knowm, Inc.

Cerebro artificial está a la vuelta de la esquina

Por supuesto, la práctica aún está muy lejos, pero los contornos de la idea ya se avecinan. La corteza cerebral humana tiene una densidad de sinapsis de 1,000,000,000 por centímetro cuadrado, pero a pesar de su complejidad, las sinapsis en el cerebro consumen una potencia extremadamente baja. Su dinámica no lineal y su capacidad para preservar recuerdos durante décadas siempre ha sorprendido a los científicos.

El objetivo de crear un modelo electrónico del cerebro con equivalentes electrónicos de sinapsis parecía inalcanzable. Pero hoy, cuando el trabajo en dispositivos memristor está en marcha, los ingenieros han ganado la esperanza de acercarse a la reproducción de la arquitectura de un cerebro real basado en la electrónica, capaz de adaptarse al entorno.