Memristor

Un memristor (de la memoria inglesa   - memoria, y la resistencia inglesa  - resistencia eléctrica) es un elemento eléctrico pasivo, un dispositivo de dos terminales en microelectrónica, capaz de cambiar su resistencia dependiendo de la carga eléctrica que lo atraviesa (corriente integral a lo largo del tiempo ).  

Puede describirse como una red de dos terminales con una característica de corriente-voltaje no lineal con histéresis [1] .

Modelo matemático

La teoría del memristor fue desarrollada en 1971 por el profesor Leon Chua(Cai Shaotang en la transcripción china [2] ). Establece la relación entre las integrales de tiempo de la corriente que fluye a través del elemento y el voltaje en él. Durante mucho tiempo, el memristor se consideró un objeto teórico que no se puede construir. .

Sin embargo, una muestra de laboratorio de un elemento de memoria que demuestra algunas propiedades de un memristor [3] [4] fue creada en 2008 por un equipo de científicos dirigido por R. S. Williams en el Laboratorio de Investigación de Hewlett-Packard [5] [6] [7] [8 ] .

A diferencia del modelo teórico, el dispositivo resultante no almacena carga como un capacitor , ni retiene flujo magnético como un inductor . El funcionamiento del dispositivo (cambio en su resistencia - conmutación resistiva - y otras propiedades [4] ) está garantizado por transformaciones químicas en una película delgada (5 nm ) de dos capas de dióxido de titanio . Una de las capas de la película está ligeramente empobrecida en oxígeno , y las vacantes de oxígeno migran entre las capas bajo la acción de un voltaje eléctrico aplicado al dispositivo . Esta implementación del memristor debe atribuirse a la clase de dispositivos nanoiónicos .

El fenómeno de histéresis observado en el memristor permite utilizarlo como celda de memoria ( RRAM ). Hipotéticamente, los memristores podrían reemplazar a los transistores en algunas aplicaciones particulares.

Teóricamente, los elementos de almacenamiento de memristor podrían ser más compactos y rápidos que la memoria flash moderna . Además, bloques de ellos pueden reemplazar la memoria RAM . La característica de los memristores para "recordar" la carga puede negarse posteriormente a iniciar el sistema informático: su último estado se almacenará en la memoria de la computadora, que se desconecta de la fuente de alimentación. Con el apoyo del software, la computadora podrá encenderse y comenzar a trabajar donde lo dejó cuando se apagó.

Según Hynix y Hewlett-Packard , la tecnología está lista para la producción. Inicialmente, se informó que las unidades basadas en memristor se lanzarían en 2013 [9] , pero luego el lanzamiento se pospuso hasta 2014 [10] [11] .

En 2014, HP publicó el proyecto de supercomputadora The Machine , que planea utilizar líneas de comunicación de fibra óptica y memoria basada en memristor [12] . Se demostró un prototipo funcional del dispositivo a fines de 2016, se esperaba la comercialización de la tecnología para 2018 o 2019 [13] . Hasta ahora, se está trabajando en esta dirección.

Perspectivas de uso como dispositivos informáticos

Los memristores se pueden utilizar para algo más que el almacenamiento de datos. Así, M. Di Ventra y Yu. V. Pershin propusieron el concepto de ordenadores en los que la información es almacenada y procesada por un mismo dispositivo físico basado en memristores [14] [15] .

Se considera la posibilidad de utilizar memristores como sinapsis artificiales (módulos de peso) de neuroprocesadores y redes neuronales artificiales . El comportamiento del memristor se asemeja al trabajo de una sinapsis biológica  : cuanto más intensa es la señal de entrada, mayor es el ancho de banda de la sinapsis (el "peso" de la señal). En particular, las redes neuronales basadas en memristor se pueden entrenar de acuerdo con reglas locales biosimilares, como STDP [16] . Esta solución simplificará enormemente el diseño del neuroprocesador y reducirá su costo, ya que es muy adecuado para la producción en las líneas tecnológicas existentes para la producción de microcircuitos. Sin embargo, (2021) el problema principal de los dispositivos memristor sigue sin resolverse: su reproducibilidad (tanto de instancia a instancia como de ciclo a ciclo de cambio de estado).

Véase también

Notas

  1. ↑ Pershin, YV & Di Ventra, M. (2011), Efectos de la memoria en materiales complejos y sistemas a nanoescala , Advances in Physics Vol . 60 (2): 145 , DOI 10.1080/00018732.2010.544961  
  2. ↑ Chua, Leon O, " Memristor—The Missing Circuit Element Archivado el 13 de diciembre de 2013 en Wayback Machine ", IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507-519.
  3. ↑ "The Missing Memristor: ¿Novedosa nanotecnología o más bien un nuevo estudio de caso para la filosofía y la sociología de la ciencia?" por Sascha Vongehr, Advanced Science Letters 17, págs. 285-290 (2012), arXiv: 1205.6129 Archivado el 26 de agosto de 2016 en Wayback Machine .
  4. ↑ 1 2 Bird Kiwi, Memristors: ¿es hora de reescribir los libros de texto? Archivado el 9 de enero de 2015 en Wayback Machine // 3DNews, 18 de diciembre de 2014: "¿Hubo un descubrimiento?... hay diferencias significativas entre el memristor que predijo teóricamente Leon Chua en 1971 y ese dispositivo... el nanoconstruct encontrado en HP, de hecho, es un dispositivo de almacenamiento analógico que no requiere los efectos del magnetismo en absoluto para su funcionamiento.
  5. ↑ HP Labs demuestra la existencia de un nuevo elemento básico para circuitos electrónicos. El descubrimiento de "Memristor" podría conducir a sistemas informáticos mucho más eficientes energéticamente con memorias que no se olvidan, nunca necesitan ser arrancadas  (inglés) , comunicado de prensa , HP (30 de abril de 2008). Archivado desde el original el 11 de enero de 2015. Consultado el 9 de enero de 2015.
  6. ↑ Strukov, Dmitri B., et al. " El memristor faltante encontrado Archivado el 9 de enero de 2015 en Wayback Machine ". // Naturaleza 453.7191 (2008): 80-83. doi:10.1038/naturaleza06932
  7. ↑ Cuarto elemento: HP da vida a la tecnología de memoria de 37 años. Archivado el 26 de febrero de 2009 en Wayback Machine // IXBT, 5 de mayo de 2008.
  8. ↑ Sally Adee . El misterioso Memristor. Los investigadores de HP han resuelto el misterio de 37 años de la resistencia de memoria, el cuarto elemento del circuito faltante.  (inglés) , IEEE Spectrum (1 de mayo de 2008). Archivado desde el original el 9 de enero de 2015. Consultado el 9 de enero de 2015.
  9. ↑ HP, Hynix lanzarán memristor memory 2013 Archivado el 8 de enero de 2015 en Wayback Machine // EETimes, Peter Clarke, 2011-10-06
  10. ↑ Se completó el desarrollo de Memristor, pero HP y Hynix no quieren interrumpir el mercado flash Copia de archivo del 18 de mayo de 2017 en Wayback Machine // IXBT, 28 de septiembre de 2012
  11. ↑ La demora de un año de Memristors afectará a TI en la billetera Archivado el 3 de octubre de 2012 en Wayback Machine // ZDNet, 10 de julio de 2012
  12. ↑ Peter Bright . HP planea lanzar memristor, una computadora fotónica de silicio dentro de la década Los electrones, los fotones y los iones trabajarán juntos para revolucionar la informática.  (inglés) , arstechnica (11 de junio de 2014). Archivado desde el original el 10 de enero de 2015. Consultado el 9 de enero de 2015.
  13. ↑ HP presenta prototipo de supercomputadora 8000 veces más rápida que las PC existentes , el programador típico . Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2016. Consultado el 6 de diciembre de 2016.
  14. ↑ M. Di Ventra, YV Pershin. Memcomputing: un paradigma informático para almacenar y procesar información en la misma plataforma física Archivado el 23 de diciembre de 2015 en Wayback Machine // Nature Physics 9, 200-202, 2013; arXiv: 1304.1675 Archivado el 25 de febrero de 2021 en Wayback Machine . 
  15. ↑ La computadora que almacena y procesa información al mismo tiempo , MIT Technology review  ( 21 de noviembre de 2012). Archivado desde el original el 9 de enero de 2015. Consultado el 9 de enero de 2015.  "Tecnología emergente de arXiv".
  16. ↑ Teresa Serrano-Gotarredona, Timothée Masquelier, Themistoklis Prodromakis, Giacomo Indiveri, Bernabe Linares-Barranco. STDP y variaciones de STDP con memristores para aumentar los sistemas de aprendizaje neuromórfico  (inglés)  // Frontiers in Neuroscience. - 2013. - T. 7 . — ISSN 1662-453X . -doi : 10.3389/ fnins.2013.00002 . Archivado el 28 de noviembre de 2020.

Literatura

Enlaces