Que sont les memristors et où sont-ils applicables?

Le nom "memristor" vient de deux mots - mémoire et résistance. Ce composant microélectronique est une sorte de composant passif, une résistance, mais contrairement à une résistance conventionnelle, un memristor a une sorte de mémoire.

L'essentiel est que le memristor change sa conductivité en fonction de la quantité de charge électrique qui le traverse - en fonction de la valeur de l'intégrale au fil du temps traversant la composante actuelle. Un memristor peut être décrit comme un terminal à deux bornes avec un CVC non linéaire et avec une certaine hystérésis.

Un nouveau mot dans le monde de l'informatique

Au début des années 70, le professeur américain Leon Chua a proposé un modèle théorique, qui décrivait la relation entre la tension appliquée à l'élément et l'intégrale de courant dans le temps.

Pendant de nombreuses années, la théorie du professeur Chua est restée une théorie, et ce n'est qu'en 2008 qu'un groupe de scientifiques de Hewlett-Packard, dirigé par Stanley Williams, a créé en laboratoire un échantillon d'un élément de mémoire qui se comportait de manière similaire au memristor décrit théoriquement, bien qu'il soit différent du memristor proposé. modèle théorique antérieur.

L'appareil ne supporte pas le flux magnétique comme un inducteur, n'accumule pas de charge électrique comme un condensateur, et ne se comportait pas du tout comme une résistance normale. Le quatrième élément! Ses propriétés conductrices ont changé en raison des transformations chimiques dans un film de dioxyde de titane à deux couches de 5 nm d'épaisseur.

La première couche du film est appauvrie en oxygène et, par conséquent, lorsqu'une tension électrique est appliquée à ce dispositif nanoionique (via des électrodes en platine), les sites d'oxygène vacants commencent à migrer entre les première et deuxième couches, ce qui entraîne une modification de la résistance de l'appareil.

Déjà à ce stade, il est clair que le phénomène d'hystérésis permet d'utiliser des memristors comme cellules de mémoire, et dans certains aspects de l'électronique, ils sont susceptibles de se remplacer transistors semi-conducteurs.

De larges perspectives pour la mise en place de memristors

En théorie, la mémoire memristor peut s'avérer plus rapide et plus dense que la mémoire flash courante aujourd'hui, et sous forme de blocs, elle peut remplacer la mémoire principale.

Étant donné que les memristors mémorisent d'une manière ou d'une autre la charge qui les a traversés, cela permettrait en principe aux ordinateurs de refuser de charger le système d'exploitation à chaque fois que l'ordinateur est allumé après l'arrêt, et lorsqu'il est allumé, de commencer à travailler immédiatement, en le reprenant à partir du dernier état du système d'exploitation enregistré.

Hewlett-Packard et Hynix ont déjà déclaré que la technologie est essentiellement prête à être mise en œuvre. En 2014, ils ont publié leur projet pour le supercalculateur «The Machine», et en 2016 ils ont démontré son prototype - avec une mémoire basée sur des memristors et des lignes de communication à fibre optique. La commercialisation n'a pas encore eu lieu, mais est attendue dans les années à venir.

En principe, les memristors conviennent non seulement pour stocker des données, ils peuvent également participer au traitement des informations, de plus, la même unité de mémoire peut remplir les deux fonctions.

Hypothétiquement, dans un avenir proche, les memristors aideront à créer des synapses artificielles dans le cadre de réseaux de neurones artificiels, et les produits peuvent être construits sur un équipement de micropuce standard. Un memristor se comporte de manière très similaire à une synapse: plus le signal le traverse, mieux il passe le signal à l'avenir.

En général, les perspectives de mise en œuvre des memristors sont assez larges. Systèmes informatiques écoénergétiques avec mémoire dynamique avec la capacité de maintenir l'état actuel même après la mise hors tension - c'est un bond en avant très fort.

A l'horizon, au moins, une classe améliorée de circuits intégrés dans laquelle les avantages des condensateurs et des inductances (en termes de capacité à maintenir leur état) seront atteints à l'échelle nanométrique. Télédétection, systèmes biologiques neuromorphiques artificiels, etc.

Compte tenu de l'utilisation croissante du cloud computing et de l'échelle moderne du Big Data, le besoin de composants matériels puissants ne fera que croître, ce qui signifie que le début de la croissance rapide du marché des memristors n'est qu'une question de temps. De plus, si l'on prend en compte la perspective (avec l'introduction des memristors) d'augmenter la productivité avec une diminution de la dissipation thermique, il devient logique que dans un avenir proche les difficultés liées à la complexité actuelle des memristors en tant que produits seront surmontées.

Voici seulement dix acteurs majeurs de l'industrie aujourd'hui: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC et Knowm, Inc.

Le cerveau artificiel est à nos portes

Bien sûr, la pratique est encore loin, mais les contours de l'idée se profilent déjà. Le cortex cérébral humain a une densité de synapses de 1 000 000 000 par centimètre carré, mais malgré toute sa complexité, les synapses du cerveau consomment une puissance extrêmement faible. Leur dynamique non linéaire et leur capacité à conserver des souvenirs pendant des décennies a toujours étonné les scientifiques.

L'objectif de créer un modèle électronique du cerveau avec des équivalents de synapses électroniques semblait irréalisable. Mais aujourd'hui, alors que les travaux sur les dispositifs à memristors sont en cours, les ingénieurs ont gagné en espoir d'approcher la reproduction de l'architecture d'un vrai cerveau basé sur l'électronique, capable de s'adapter à l'environnement.