O que são memristores e onde eles são aplicáveis?

O nome "memristor" vem de duas palavras - memória e resistor. Esse componente microeletrônico é um tipo de componente passivo, um resistor, mas, diferentemente de um resistor convencional, um memristor possui um tipo de memória.

A conclusão é que o memristor altera sua condutividade de acordo com a quantidade de carga elétrica que flui através dele - dependendo do valor da integral ao longo do tempo que passa pelo componente atual. Um memristor pode ser descrito como um terminal duplo com um CVC não linear e com uma certa histerese.

Uma nova palavra no mundo da computação

No início dos anos 70, o professor americano Leon Chua propôs um modelo teórico, que descrevia a relação entre a tensão aplicada ao elemento e a integral de corrente ao longo do tempo.

Por muitos anos, a teoria do professor Chua permaneceu uma teoria e somente em 2008 um grupo de cientistas da Hewlett-Packard, liderado por Stanley Williams, criou no laboratório uma amostra de um elemento de memória que se comportou de maneira semelhante ao memristor descrito teoricamente, embora fosse diferente do memristor proposto. modelo teórico anterior.

O dispositivo não suportava fluxo magnético como um indutor, não acumulava carga elétrica como um capacitor, e não se comportou como um resistor normal. O quarto componente! Suas propriedades condutoras foram alteradas devido a transformações químicas em um filme de duas camadas de dióxido de titânio com 5 nm de espessura.

A primeira camada do filme é empobrecida de oxigênio e, portanto, quando uma tensão elétrica é aplicada a esse dispositivo nanoiônico (através de eletrodos de platina), os locais vazios de oxigênio começam a migrar entre a primeira e a segunda camada, o que leva a uma alteração na resistência do dispositivo.

Já nesta fase está claro que o fenômeno da histerese permite o uso de memristores como células de memória e, em alguns aspectos da eletrônica, é provável que eles possam se substituir. transistores semicondutores.

Grandes perspectivas para a implementação de memristores

Em teoria, a memória do memristor pode se tornar mais rápida e mais densa que a memória flash comum hoje em dia e, na forma de blocos, pode substituir a memória principal.

Como os memristores memorizam de alguma forma a carga passada por eles, em princípio, isso permitiria que os computadores se recusassem a carregar o sistema operacional sempre que o computador fosse ligado após o desligamento e, quando ligado, iniciasse o trabalho imediatamente, retomando-o do último estado de SO salvo.

A Hewlett-Packard e a Hynix já declararam que a tecnologia está basicamente pronta para implementação. Em 2014, eles publicaram seu projeto para o supercomputador “The Machine” e, em 2016, demonstraram seu protótipo - com memória baseada em memristores e linhas de comunicação por fibra óptica. A comercialização ainda não ocorreu, mas é esperada nos próximos anos.

Em princípio, os memristores são adequados não apenas para armazenamento de dados, mas também podem participar do processamento de informações; além disso, a mesma unidade de memória pode executar as duas funções.

Hipoteticamente, em um futuro próximo, os memristores ajudarão a criar sinapses artificiais como parte de redes neurais artificiais, e os produtos podem ser construídos em equipamentos de microchip padrão. Um memristor se comporta de maneira muito semelhante a uma sinapse: quanto maior o sinal passar por ele, melhor ele passará no futuro.

Em geral, as perspectivas para a implementação de memristores são bastante amplas. Sistemas de computação com eficiência energética, com memória dinâmica, com capacidade de manter o estado atual, mesmo após desligar a energia - esse é um salto muito forte.

No horizonte, pelo menos, uma classe aprimorada de circuitos integrados, na qual as vantagens de capacitores e indutâncias (em termos da capacidade de manter seu estado) serão alcançadas em nanoescala. Sensoriamento remoto, sistemas biológicos neuromórficos artificiais, etc.

Dado o crescente uso da computação em nuvem e a escala moderna do Big Data, a necessidade de componentes de hardware poderosos apenas aumentará, o que significa que o início do rápido crescimento do mercado de memristores é apenas uma questão de tempo. Além disso, se levarmos em conta a perspectiva (com a introdução de memristores) de aumentar a produtividade com a redução da geração de calor, torna-se lógico que, em um futuro próximo, sejam superadas as dificuldades associadas à complexidade atual dos memristores como produtos.

Aqui estão apenas dez dos principais players do setor hoje: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC e Knowm, Inc.

Cérebro artificial está ao virar da esquina

Obviamente, a prática ainda está longe, mas o esboço da ideia já está aparecendo. O córtex cerebral humano tem uma densidade de sinapses de 1.000.000.000 por centímetro quadrado, mas, apesar de toda a sua complexidade, as sinapses no cérebro consomem energia extremamente baixa. Sua dinâmica não-linear e sua capacidade de preservar memórias por décadas sempre surpreenderam os cientistas.

O objetivo de criar um modelo eletrônico do cérebro com equivalentes de sinapses eletrônicas parecia inatingível. Mas hoje, quando o trabalho em dispositivos de memristor está em andamento, os engenheiros ganharam esperança de abordar a reprodução da arquitetura de um cérebro real baseado em eletrônica, capaz de se adaptar ao ambiente.