211service.com
Memristor-hukommelse klar til produktion
HP er begyndt at teste prøver af en ny form for ikke-flygtig hukommelse baseret på memristorer – kredsløbselementer, der er meget mindre end de transistorer, der bruges i flashhukommelse. Virksomheden planlægger at introducere det første kommercielle memristor-hukommelsesprodukt om tre år.
Langtidshukommelse: Hver af de hvide pletter i dette atomkraftmikroskopibillede er en memristor på 50 nanometer i diameter.
HP forventer, at deres memristor-hukommelsesteknologi vil skalere bedre end flash og håber at tilbyde et produkt med en lagertæthed på omkring 20 gigabyte pr. kvadratcentimeter i 2013 – det dobbelte af lagerpladsen, som flash forventes at tilbyde på det tidspunkt. Flytningen vil være en vigtig prøveplads for memristorer; pålideligheden og ydeevnen af disse komponenter, som først blev fremstillet på HP Labs i 2008, forbliver stort set ubevist.
R. Stan Williams , en senior fellow hos HP og direktør for virksomhedens informations- og kvantesystemlaboratorium, siger, at hans gruppe tester det første parti af prøve memristor-hukommelsesenheder, der er fremstillet i en ikke offentliggjort halvlederfabrik. Prøve memristor arrays bygges på standard 300 millimeter silicium wafers.
Memristorer er enheder i nanoskala med en variabel modstand og evnen til at huske deres modstand, når strømmen er slukket. HP fremstiller dem ved hjælp af konventionelle litografiske teknikker: nedlægning af en række parallelle metal nanotråde, belægning af ledningerne med et lag titaniumdioxid et par nanometer tykt, og derefter nedlægning af en anden række af ledninger vinkelret på den første. De punkter, hvor ledningerne krydser, er memristorerne, og hver kan være så små som omkring tre nanometer. Denne tværstangsstruktur gør det også muligt at pakke memristorer i meget tætte arrays.
Både flash- og memristorhukommelse er ikke-flygtige, hvilket betyder, at de holder på data, selv når strømmen er afbrudt. Flash har dog nogle begrænsninger. Den kan kun modstå omkring 100.000 data-skrivecyklusser, og ligesom alle enheder baseret på siliciumtransistorer, vil den støde på fysiske grænser, da den skaleres til at lave mere lagertætte hukommelsesenheder. Williams siger, at memristor-hukommelse kan modstå op til omkring en million læse-skrive-cyklusser i laboratorietest. Vi vil være i stand til at skalere hurtigere og længere end flash, fordi memristoren er en meget enkel struktur, og den kan stables, siger Williams.
Andre forskere er forsigtigt optimistiske med hensyn til memristors løfte. Mens siliciums materialeegenskaber er velkendte, er de af materialerne, der bruges til at fremstille Williams' memristorer, ikke - i det mindste indtil videre.
De grundlæggende principper for, hvorfor disse metaloxider skifter, som de gør, er ikke godt forstået, siger Curt Richter , leder af NanoElectronic Device Metrology-projektet ved National Institute of Standards and Technology (NIST) i Gaithersburg, MD. En bedre forståelse af de grundlæggende materialeegenskaber af de metaloxider, der bruges til at fremstille memristorerne, vil være afgørende for at sikre, at chips med milliarder af enheder fungerer pålideligt over så længe som 10 år.
Overførsel af teknologien til fabrikationsfaciliteter kan gå langt i retning af at udfylde dette videnshul. Når først du har fab, er det et helt nyt spil, siger Dmitri Strukov , professor i elektro- og computerteknik ved University of California, Santa Barbara, som er ved at udvikle memristorer i sit laboratorium.
Det kunne også hjælpe bestræbelserne på at udvikle memristor logiske kredsløb, siger Richter. Memristorer har været genstand for stor interesse, fordi de i teorien er i stand til aktivitet, der er analog med, hvad der sker i en synapse i den menneskelige hjerne. Indtil videre er alle de eksperimentelle demonstrationer af memristorer imidlertid blevet gennemført ved at tvinge dem til at opføre sig mere som transistorer. I stedet for at skifte mellem hundredvis af tilstande, er disse memristorer blevet lavet til at skifte mellem to tilstande med høj og lav modstand - et digitalt nul og en.
I denne uge i journalen Natur , Williams og kolleger rapporterede et stort skridt fremad for memristorlogik med fremstillingen af kredsløb, der er i stand til fuld boolsk logik. Kredsløbene er stadig digitale, men Williams siger, at hans team har vist, at alt, der kan beregnes på silicium, kan udføres med memristorer og på et mindre rum. At demonstrere digital logik med enhederne er et vigtigt første skridt i retning af mere eksotisk computing, siger Strukov.
Memristorkredsløbene rapporterede i Natur er også i stand til både hukommelse og logik, funktioner, der udføres i separate enheder i nutidens computere. Det meste af den energi, der bruges til beregning i dag, bruges til at flytte dataene rundt mellem harddisken og processoren, siger Williams. En fremtidig memristor-baseret enhed, der leverede begge funktioner, kunne spare en masse energi og hjælpe computere med at blive hurtigere, selvom silicium når sine fysiske grænser.
For nu vil virksomheden dog arbejde på at overvinde potentielle produktionsudfordringer, der opstår, når det udvikler memristorer til ikke-flygtig hukommelse. Memristorer er passive enheder, der skal bygges oven på traditionelle siliciumtransistorer, der tjener til at indføre strøm i systemet. Denne kompleksitet kunne være en hindring, siger Pinaki Mazumder , professor i elektroteknik og datalogi ved University of Michigan. Når du introducerer flere [litografi]-masker, kan det have en negativ effekt på udbyttet, fordi din chance for fejl øges, siger han.
På trods af disse udfordringer siger Williams, at det er tid til, at memristorer skal opskalere. Vores laboratorieresultater har været gode, og det er tid til at teste memristorer i fabrikken.