Memristore

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Memristore
Tip pasiv
Inventat de Leon Chua (1971)
Simbol electric
Memristor-Symbol.svg
Vezi: componentă electronică
Manual

Un memristor ( uniunea memoriei și rezistenței ), în contextul teoriei circuitelor , este o componentă electronică neliniară pasivă . Este adesea descris ca al patrulea element pasiv de bază, pe lângă condensator , inductor și rezistor [1] . Deși memristore a fost teorizat și descris încă din 1971 de Leon Chua de la Universitatea din Berkeley , într-un articol publicat în IEEE Transactions on Circuit Theory [2] , a rămas un dispozitiv teoretic timp de 37 de ani, fără a fi realizat un prototip .

Este un bipol în care o variație a sarcinii electrice , adică un curent nestacionar , dă naștere unei variații a fluxului magnetic și, prin urmare, a unei tensiuni , care ar trebui localizată la capetele componentei. Relația dintre produsul potențial și curent se numește memristență. Este clar că, pentru ca curentul care curge în bipol să coincidă cu cel ne staționar care declanșează fenomenul, fluxul fizic al sarcinilor din interiorul memristorului trebuie într-un fel inhibat, exact așa cum se întâmplă într-un condensator.

Memristorul are proprietatea de a „aminti” starea electronică și de a o reprezenta prin intermediul semnalelor analogice. Un circuit de acest tip ar permite realizarea de calculatoare cu aprindere instantanee, fără a fi nevoie să reîncărcați sistemul de operare la fiecare boot. De fapt, circuitul reține informațiile chiar și în absența curentului electric, atunci când computerul este oprit.

Capacitatea de a memora semnale analogice permite să memoreze și să proceseze o cantitate mult mai mare de date decât cea tratată cu circuite digitale, capabile să reprezinte doar două stări (0 și 1). Memristorul se deschide către o nouă generație de amintiri și puteri de calcul.

Generalitate

Diagrama de simetrie conceptuală între rezistor, inductor, condensator și memristor

Memristorul este definit ca o componentă de circuit cu două terminale în care fluxul magnetic este o funcție a sarcinii electrice q pe care o conține. Definiția prevede că

M este tocmai memristența. Această cantitate, spre deosebire de rezistența electrică, nu depinde de curent, ci de valoarea absolută a încărcăturii. Prin urmare, tensiunea detectată la capete, dată de

după cum se poate deduce din legea inductanței, aceasta va depinde nu numai de curent, ci și de sarcina prezentă în componentă prin memristență. Practic, V va depinde atât de variația sarcinii, cât și de valoarea lui q la un moment imediat precedent, adică de „istoria recentă” a curentului I.

Realizare

Interesul pentru memristore a fost reaprins în 2007, când a fost realizată o versiune experimentală în stare solidă [3] [4] de către Stanley Williams [5] de la Hewlett Packard . În aprilie 2008, realizarea unui dispozitiv funcțional cu caracteristici similare cu cele ale unui memristor a fost anunțată de un grup de cercetători din laboratoarele HP [6] [7] [8] . Construirea unui memristor în stare solidă a devenit posibilă numai datorită comportamentelor particulare care pot fi obținute folosind nanotehnologiile . În realitate, componenta realizată nu folosește flux magnetic (așa cum sugerează definiția memristore) și nici nu stochează o încărcare (cum ar fi un condensator); dimpotrivă, creează dependența dintre rezistență și sarcină folosind un mecanism chimic.

Noua componentă ar putea face posibilă dezvoltarea unei noi clase de circuite cu densitate foarte mare ( memorii non-volatile și memorii RAM ). De fapt, performanța memristorilor se îmbunătățește cu cât dimensiunile lor sunt reduse și, mai mult, generează mai puțină căldură decât tranzistoarele . Memoristele utilizate în domeniul analogic au caracteristici unice care ar putea duce la inventarea de noi componente [9] . Potrivit lui Chua chiar, memristore va începe epoca electronicii la scară nano , speculând, în plus, că ar putea fi utilă în construcția rețelelor neuronale [9] .

Dispozitivul HP constă dintr-o peliculă subțire (5 nm ) de dioxid de titan cuprins între doi electrozi . La început există două straturi de filme, dintre care unul are o ușoară epuizare a atomilor de oxigen . Golurile de oxigen acționează ca purtători de încărcare , ceea ce înseamnă că stratul epuizat are o rezistență mult mai mică decât stratul ne-epuizat. Sub acțiunea unui câmp electric apar golurile de oxigen, schimbând granița dintre stările de rezistență ridicată și scăzută. În consecință, rezistența filmului ca întreg depinde de câtă sarcină circulă prin el într-o anumită direcție, care este reversibilă prin schimbarea direcției curentului [6] .

Samsung are un brevet american în așteptare pentru mai multe comutatoare de strat de oxid, similare cu cele descrise de Williams [10] .

Definiția memristore a fost inițial aplicată amintirilor ReRAM , cu toate acestea testele experimentale [11] au arătat că celulele ReRAM includ efecte nano baterie , abătându-se astfel de la definiția memristore.

Aplicații potențiale

Memristorii în stare solidă pot fi folosiți la fabricarea dispozitivelor numite zăvoare transversale , care ar putea înlocui tranzistoarele din computerele de generația următoare, deoarece ocupă mult mai puțin spațiu. HP a construit un prototip de memorie cu zăvor transversal care poate stoca 100 gigabiți într-un centimetru pătrat [9] (pentru comparație, cea mai mare densitate din memoria flash modernă ajunge la 16 gigabiți). Utilizarea lor, așa cum s-a menționat deja, este prevăzută și în memoriile solid-state nevolatile, care ar permite atingerea unei densități de date mai mari decât cea a discurilor dure, obținând timpi de acces potențial similari cu cei ai memoriilor DRAM , înlocuind astfel atât cele cât și cele altele [12] . Cu toate acestea, HP prezice că viitoarele memorii memristor vor atinge cel mult o zecime din viteza DRAM-urilor actuale [13] .

Între timp, au fost propuse unele brevete legate de memristori care includ aplicații în logică programabilă, procesare semnal, rețele neuronale [14] [15] [16] și sisteme de control [17] .

Proiectul The Machine, dezvoltat de HP Labs HP ca o evoluție a ideii de computer implică utilizarea memristorului cu fotoni pe baza sistemelor de transmisie a datelor [18] [19] .

Notă

  1. ^(EN) James M. Tour, He Tao, Electronică: al patrulea element , în Nature, vol. 453, 2008, pp. 42-43, DOI : 10.1038 / 453042a .
  2. ^(EN) Leon O. Chua, memristor-The Missing Circuit Element , în IEEE Transactions on Circuit Theory, CT-18, n. 5, septembrie 1971, pp. 507-519.
  3. ^(EN) Jonathan Fildes, Getting More from Moore's Law , pe news.bbc.co.uk, BBC, 13 noiembrie 2007. Accesat la 31 mai 2008.
  4. ^(EN) Bulletin for Electrical and Electronic Engineers of Oregon (PDF) on ieee-or.org, Institute of Electrical and Electronics Engineers , septembrie 2007. Accesat la 31 mai 2008.
  5. ^(RO) R. Stanley Williams, biografie HP Arhivat 13 mai 2008 în Internet Archive .
  6. ^ a b ( EN ) Dmitri B. Strukov, Snider Gregory S., Stewart Duncan R., Williams Stanley R., Memristorul dispărut găsit , în Nature , vol. 453, 2008, pp. 80-83, DOI : 10.1038 / nature06932 .
  7. ^(RO) Paul Marks, inginerii găsesc „veriga lipsă” a electronicii , a technology.newscientist.com, New Scientist, 30 aprilie 2008. Accesat la 31 mai 2008.
  8. ^(EN) Cercetătorii demonstrează existența unui nou element de bază pentru circuite electronice - memristor , pe physorg.com. Adus la 31 mai 2008 .
  9. ^ a b c ( EN ) Memristor „Link lipsă” creat , pe eetimes.com , EETimes, 30 aprilie 2008. Accesat la 31 mai 2008 (arhivat din original la 5 martie 2012) .
  10. ^(EN) Cererea de brevet US 11 / 655.193
  11. ^ I. Valov, Nanobateriile în comutatoarele rezistive bazate pe redox necesită extinderea teoriei memristorului , în Nature Communications , vol. 4, nr. 4, 2013, p. 1771, Bibcode : 2013NatCo ... 4E1771V , DOI : 10.1038 / ncomms2784 , PMC 3644102 , PMID 23612312 , arXiv : 1303.2589 .
  12. ^(EN) Michael Kanellos, HP face memorie dintr-un circuit teoretic uncii [ link rupt ] , pe cnet.com , CNET News.com, 30 aprilie 2008. Accesat la 31 mai 2008 .
  13. ^(EN) John Markoff, HP Raportează un avans mare în proiectarea cipurilor de memorie pe nytimes.com, NY Times, 1 mai 2008. Accesat la 31 mai 2008.
  14. ^ ( EN ) ( EN ) US7203789 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii.
  15. ^ ( EN ) ( EN ) US7302513 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii.
  16. ^ ( EN ) ( EN ) US7359888 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii.
  17. ^(EN) Cererea de brevet US 11/976927 , pe appft1.uspto.gov.
  18. ^ HP, The Machine: the Future of Computing , pe youtube.com .
  19. ^ The Machine: un nou tip de computer , la hpl.hp.com .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 62056 · LCCN (EN) sh2011005950 · GND (DE) 1022027832 · BNF (FR) cb17099191k (data)
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Memristore&oldid=121929476 ”