211service.com
Memristors padara mikroshēmas lētākas
Veselas nozares un pētniecības jomas ir veltītas tam, lai nodrošinātu, ka ar katru gadu datori turpina kļūt ātrāki. Taču šī tendence varētu sākt palēnināties, jo elektroniskajās shēmās izmantotie komponenti tiek samazināti līdz dažu atomu izmēram. Pētnieki HP Labs Palo Alto, Kalifornijā, liek derības, ka jauns fundamentāls elektroniskais komponents — memristors — saglabās datora jaudas pieaugumu šādā ātrumā turpmākajos gados.
Aparatūras jauninājums: Pētnieki noņēma tranzistorus no šīs silīcija mikroshēmas apakšējā slāņa (parādīts dzeltenā un zilā krāsā) un aizstāja tos ar mazāku skaitu memristoru augšējā slānī (parādīts sarkanā krāsā). Memristori var veikt tranzistoru darbu, taču tiem ir nepieciešams mazāk enerģijas un vietas. Pēc HP domām, tie varētu mainīt integrālās shēmas un atmiņas tehnoloģijas.
Pirmo reizi memristorus 1971. gadā paredzēja Bērklija profesors Leons Čua . Tās ir nanomēroga ierīces ar unikālām īpašībām: mainīgu pretestību un spēju atcerēties pretestību pat tad, kad strāva ir izslēgta.
Pēc Chua darba no jauna atklāšanas HP Labs pētnieki šā gada maijā izveidoja pirmo darbojošos memristoru. Un pagājušajā nedēļā, pirmo reizi Memristor un Memristor Systems simpozijs , Bērklijā, Kalifornijā, tā pati komanda parādīja, kā memristorus var integrēt funkcionējošās shēmās. To shēmām ir nepieciešams mazāk tranzistoru, kas ļauj vairāk komponentu (un vairāk skaitļošanas jaudas) ievietot tajā pašā fiziskajā telpā, vienlaikus patērējot mazāk enerģijas.
Mēs cenšamies dot stimulu Mūra likumam, saka vadošais pētnieks Stens Viljamss , HP vecākais pētnieks, atsaucoties uz Intel dibinātāja Gordona Mūra prognozi, ka tranzistoru skaitam datora shēmā (un līdz ar to arī datora veiktspējai) vajadzētu dubultoties ik pēc diviem gadiem.
Veiktspējas palielināšana parasti nozīmē komponentu saraušanos, lai ķēdē varētu ievietot vairāk. Bet tā vietā Viljamsa komanda noņem dažus tranzistorus un aizstāj tos ar mazāku skaitu memristoru. Mēs necenšamies mikroshēmā vai noteiktā shēmā pieblīvēt vairāk tranzistoru, saka Viljamss. Hibrīda memristora-tranzistora mikroshēmām patiešām ir daudz lielāka veiktspēja.
Memristors darbojas līdzīgi kā rezistors, taču ar vienu lielu atšķirību: tas var mainīt pretestību atkarībā no pielietotā sprieguma daudzuma un virziena un var atcerēties savu pretestību pat tad, kad spriegums ir izslēgts. Šīs neparastās īpašības padara tos interesantus gan no zinātniskā, gan no inženiertehniskā viedokļa. Viens memristors var veikt tādas pašas loģiskās funkcijas kā vairāki tranzistori, padarot tos par daudzsološu veidu, kā palielināt datora jaudu. Memristors varētu izrādīties arī ātrāka, mazāka un energoefektīvāka alternatīva zibatmiņai.
Lai gan memristor izpēte joprojām ir sākuma stadijā, HP Labs strādā pie dažiem praktiskiem memristor projektiem. Un tagad Williams komanda ir demonstrējusi strādājošu memristora-tranzistora hibrīda mikroshēmu.
Tā kā memristori ir izgatavoti no tiem pašiem materiāliem, ko izmanto parastajās integrālajās shēmās, saka Viljamss, izrādās, ka tos ir ļoti viegli integrēt ar tranzistoriem. Viņa komanda, kurā ietilpst HP pētnieks Qiangfei Xia, izveidoja uz lauka programmējamu vārtu masīvu (FPGA), izmantojot jaunu dizainu, kurā ir iekļauti memristori, kas izgatavoti no pusvadītāja titāna dioksīda, un daudz mazāk tranzistoru nekā parasti.
Inženieri parasti izmanto FPGA, lai pārbaudītu mikroshēmu dizaina prototipus, jo tos var pārkonfigurēt, lai veiktu daudz dažādu uzdevumu. Tomēr, lai tie būtu tik elastīgi, FPGA ir lieli un dārgi. Kad projektēšana ir pabeigta, inženieri parasti atsakās no FPGA, lai iegūtu vienkāršākas lietojumprogrammas integrētās shēmas.
Kad jūs izlemjat, kādu loģisko darbību vēlaties veikt, jūs faktiski ieslēdzat ķēdē vairākus slēdžus un konfigurācijas bitus, saka Viljamss. Jaunajā mikroshēmā šos uzdevumus veic memristori. Tas, ko mēs skatāmies, būtībā ir visu konfigurācijas bitu un visu tranzistora slēdžu izņemšana, viņš saka.
Pēc Williams domām, memristoru izmantošana FPGA varētu palīdzēt ievērojami samazināt izmaksas. Ja mūsu idejas izdosies, šāda veida FPGA pilnībā mainīs līdzsvaru, viņš saka.
Galu galā daži nākamie gadi varētu būt ļoti svarīgi memristora pētniecībai. Šobrīd lielākais šķērslis memristoru iegūšanai tirgū ir tas, ka [tik maz] cilvēku var izveidot shēmas [izmantojot memristorus], saka Viljamss. Tomēr viņš prognozē, ka memristori komerciālajās ķēdēs nonāks nākamo trīs gadu laikā.