Transistorista memristoriin: kytkentäteknologiaa tulevaisuutta varten

Tohtori Mario Lanza, KAUSTin materiaalitieteen ja -tekniikan apulaisprofessori, vakuuttaa, että kuten transistoreista, on vain ajan kysymys, milloin memristoreista tulee uusi kytkentätekniikan standardi, joka ohittaa transistorit nopeuden ja toiminnan tehokkuuden suhteen.

Lanza on äskettäin julkaissut katsauksen: Memristive technologies for data storage, computation, encryption, and radio-frequency communication.

Sekä teollisuuden että akateemisten tutkijoiden tuottamiin havaintoihin perustuen julkaisu on ensimmäinen, joka tarjoaa kattavan yhteenvedon tietämyksestä, jotka tukevat memristoriteknologian valmiustasoa eri materiaaleissa ja sovelluksissa.

Mutta katsausartikkeli menee vielä pidemmälle. Nykyinen siruteknologia on jo saavuttanut kvanttimekaniikan perusrajan koon suhteen. Sirutransistorit eivät voi olla pienempiä kuin atomien välinen etäisyys.

Koska pienentäminen ei ole vaihtoehto, memristiivinen tekniikka skaalautuu ja integroituu pystysuoraksi, kolmiulotteiseksi tekniikaksi, joka sisältää nanokokoisen metallijohtimien matriisin, jossa on memristori jokaisessa risteyksessä.

Jännitepulssien käyttö katkaisee eristyksen ja luo polun virran kululle. Jännitteen poistuessa materiaalin muunnettu rakenne jää johtavaksi haamuksi eli muistiksi, joka voidaan jännitettä uudelleen kytkettäessä kääntää takaisin alkutilan palauttamiseksi. Tällä tavalla memristori toimii napakytkimenä, jota voidaan vaihtaa johtavan ja ei-johtavan tilan välillä. Lanza sanoo, että tätä ominaisuutta voidaan käyttää moniin eri toimintoihin integroidussa sarjassa.

"Memristori on kuin Sveitsin armeijan veitsi. Sitä voidaan käyttää moneen asiaan", Lanza toteaa. "Se on kytkin, jossa on monia tiloja, joita voin säätää, halusinpa sitten 25 vakaata tai epävakaa tilaa tai kymmenen tai kaksi. Grid voidaan ohjelmoida suorittamaan kehittyneitä laskelmia suurilla nopeuksilla, jotka kuluttavat paljon vähemmän energiaa paljon pienemmässä tilassa ja monissa sovelluksissa - laskelmissa, jotka muutoin edellyttäisivät monia transistoreja tekemään saman työn."

Memristoreiden 3D-integraatio mahdollistaa useiden rakenteiden pakkaamisen säilyttäen samalla pienimmän mahdollisen koon, mikä osoittaa, että koko ei ole toiminnallisen erinomaisuuden pyhä malja.

Vaikka memristoreita löytyy jo joistakin tuotteista, kuten datakeskuksista ja kelloista, Lanza sanoo, että monia lupaavia sovelluksia on vielä tutkimatta ja että teollisuus seuraa tiiviisti teknologiaa arvioidakseen tulevaa kaupallista käyttöä piitransistorielektroniikan lisäksi.

Tohtori Meng-Fan Chang, TSMC:n tutkimusjohtaja ja National Tsing Huan yliopiston arvostettu professori, kommentoi: "Tämä on ensimmäinen artikkeli, joka tarjoaa laajan yleiskatsauksen memristoreiden rakenteesta ja sovelluksista – elektroniikkalaitteesta, jonka odotetaan mullistavan mikroelektroniikkateollisuuden."

Aiheesta aiemmin:

Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus

RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja

Elektroniset neuronit ja synapsit yhteistoimintaan