211service.com
Memristory zlevňují čipy
Celá průmyslová odvětví a výzkumné oblasti se zaměřují na zajištění toho, aby se počítače každým rokem zrychlovaly. Tento trend by se ale mohl začít zpomalovat, protože součástky používané v elektronických obvodech se zmenšily na velikost pouhých několika atomů. Výzkumníci z laboratoří HP v Palo Alto v Kalifornii sázejí na to, že nová základní elektronická součástka – memristor – bude udržovat výkon počítače tímto tempem po mnoho let.
Upgrade hardwaru: Výzkumníci odstranili tranzistory ze spodní vrstvy tohoto čipu na bázi křemíku (zobrazeno žlutě a modře) a nahradili je méně memristory v horní vrstvě (zobrazeno červeně). Memristory mohou vykonávat práci tranzistorů, ale vyžadují méně energie a prostoru. Podle HP by mohly způsobit revoluci v integrovaných obvodech a technologii pamětí.
Memristory poprvé předpověděl v roce 1971 profesor z Berkeley Leon Chua . Jsou to zařízení v nanoměřítku s jedinečnými vlastnostmi: proměnným odporem a schopností zapamatovat si odpor, i když je napájení vypnuté.
Po znovuobjevení Chuovy práce postavili výzkumníci z HP Labs v květnu tohoto roku první funkční memristor. A minulý týden, vůbec první Symposium Memristor a Memristor Systems , v Berkeley, CA, stejný tým ukázal, jak lze memristory integrovat do funkčních obvodů. Jejich obvody vyžadují méně tranzistorů, což umožňuje, aby bylo do stejného fyzického prostoru vloženo více součástek (a větší výpočetní výkon) a zároveň spotřebovávaly méně energie k fungování.
Snažíme se dát Mooreovu zákonu impuls, říká vedoucí výzkumník Stan Williams , vedoucí výzkumný pracovník společnosti HP, s odkazem na předpověď zakladatele společnosti Intel Gordona Moora, že počet tranzistorů v počítačovém obvodu (a tedy i výkon počítače) by se měl zdvojnásobit zhruba každé dva roky.
Zvýšení výkonu obvykle znamenalo zmenšení součástek, aby se jich do obvodu vešlo více. Místo toho však Williamsův tým některé tranzistory odstraní a nahradí je menším počtem memristorů. Nesnažíme se nacpat více tranzistorů na čip nebo do určitého obvodu, říká Williams. Hybridní memristor-tranzistorové čipy mají skutečně příslib poskytování mnohem vyššího výkonu.
Memristor se chová hodně jako rezistor, ale s jedním velkým rozdílem: může měnit odpor v závislosti na velikosti a směru použitého napětí a dokáže si zapamatovat svůj odpor, i když je napětí vypnuto. Tyto neobvyklé vlastnosti je činí zajímavými jak z vědeckého, tak z technického hlediska. Jediný memristor může vykonávat stejné logické funkce jako více tranzistorů, což z nich činí slibný způsob, jak zvýšit výkon počítače. Memristory by se také mohly ukázat jako rychlejší, menší a energeticky účinnější alternativa k flash paměti.
Přestože je výzkum memristorů stále v plenkách, laboratoře HP pracují na několika praktických projektech memristorů. A nyní Williamsův tým předvedl fungující hybridní čip memristor-tranzistor.
Protože jsou memristory vyrobeny ze stejných materiálů, jaké se používají v běžných integrovaných obvodech, říká Williams, ukazuje se, že je velmi snadné je integrovat s tranzistory. Jeho tým, který zahrnuje výzkumníka HP Qiangfei Xia, vytvořil pole programovatelné hradlové pole (FPGA) s použitím nového designu, který zahrnuje memristory vyrobené z polovodičového oxidu titaničitého a mnohem méně tranzistorů než obvykle.
Inženýři běžně používají FPGA k testování prototypových návrhů čipů, protože je lze překonfigurovat tak, aby prováděly širokou škálu různých úkolů. Aby však byly tak flexibilní, jsou FPGA velké a drahé. A jakmile je návrh hotový, inženýři obecně opouštějí FPGA pro štíhlejší integrované obvody pro specifické aplikace.
Když se rozhodnete, jakou logickou operaci chcete provést, ve skutečnosti přepnete spoustu přepínačů a konfiguračních bitů v obvodu, říká Williams. V novém čipu tyto úkoly plní memristory. To, na co se díváme, je v podstatě vytažení všech konfiguračních bitů a všech tranzistorových spínačů, říká.
Podle Williamse by použití memristorů v FPGA mohlo pomoci výrazně snížit náklady. Pokud naše nápady vyjdou, tento typ FPGA zcela změní rovnováhu, říká.
V konečném důsledku by příštích několik let mohlo být pro výzkum memristorů velmi důležitých. Právě teď je největší překážkou pro získání memristorů na trhu mít [tak málo] lidí, kteří mohou skutečně navrhovat obvody [pomocí memristorů], říká Williams. Přesto předpovídá, že memristory dorazí do komerčních okruhů během příštích tří let.