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Los memristores hacen que los chips sean más baratos
Industrias y campos de investigación enteros se dedican a garantizar que, cada año, las computadoras sigan siendo más rápidas. Pero esta tendencia podría comenzar a disminuir a medida que los componentes utilizados en los circuitos electrónicos se reduzcan al tamaño de unos pocos átomos. Los investigadores de HP Labs en Palo Alto, CA, están apostando a que un nuevo componente electrónico fundamental, el memristor, mantendrá la potencia de las computadoras aumentando a este ritmo durante los próximos años.
Actualización de hardware: Los investigadores eliminaron los transistores de la capa inferior de este chip a base de silicio (que se muestra en amarillo y azul) y los reemplazaron con menos memristores en la capa superior (que se muestra en rojo). Los memristores pueden hacer el trabajo de los transistores, pero requieren menos energía y espacio. Según HP, podrían revolucionar los circuitos integrados y la tecnología de memoria.
Los memristores fueron predichos por primera vez en 1971 por el profesor de Berkeley Leon Chua . Son dispositivos a nanoescala con propiedades únicas: una resistencia variable y la capacidad de recordar la resistencia incluso cuando la energía está apagada.
Después de redescubrir el trabajo de Chua, los investigadores de HP Labs construyeron el primer memristor en funcionamiento en mayo de este año. Y la semana pasada, por primera vez Simposio de Memristor y Sistemas de Memristor , en Berkeley, CA, el mismo equipo mostró cómo los memristores pueden integrarse en circuitos en funcionamiento. Sus circuitos requieren menos transistores, lo que permite empaquetar más componentes (y más potencia de cálculo) en el mismo espacio físico y, al mismo tiempo, utilizar menos energía para funcionar.
Estamos tratando de impulsar la Ley de Moore, dice el investigador principal Stan Williams , investigador senior de HP, refiriéndose a una predicción hecha por el fundador de Intel, Gordon Moore, de que la cantidad de transistores en un circuito de computadora (y por lo tanto el rendimiento de la computadora) debería duplicarse aproximadamente cada dos años.
El aumento del rendimiento generalmente ha significado la reducción de componentes para que se puedan empaquetar más en un circuito. Pero en cambio, el equipo de Williams quita algunos transistores y los reemplaza con una menor cantidad de memristores. No estamos tratando de agrupar más transistores en un chip o en un circuito en particular, dice Williams. Los chips híbridos de memristor-transistor realmente prometen ofrecer mucho más rendimiento.
Un memristor actúa como una resistencia, pero con una gran diferencia: puede cambiar la resistencia según la cantidad y la dirección del voltaje aplicado y puede recordar su resistencia incluso cuando el voltaje está apagado. Estas propiedades inusuales las hacen interesantes tanto desde el punto de vista científico como desde el punto de vista de la ingeniería. Un solo memristor puede realizar las mismas funciones lógicas que varios transistores, lo que los convierte en una forma prometedora de aumentar la potencia de la computadora. Los memristores también podrían resultar una alternativa más rápida, más pequeña y más eficiente energéticamente al almacenamiento flash.
Aunque la investigación de memristor aún está en su infancia, HP Labs está trabajando en un puñado de proyectos prácticos de memristor. Y ahora el equipo de Williams ha demostrado un chip híbrido memristor-transistor que funciona.
Debido a que los memristores están hechos de los mismos materiales que se usan en los circuitos integrados normales, dice Williams, resulta muy fácil integrarlos con transistores. Su equipo, que incluye al investigador de HP Qiangfei Xia, construyó una matriz de puertas programables en campo (FPGA) utilizando un nuevo diseño que incluye memristores hechos de dióxido de titanio semiconductor y muchos menos transistores de lo normal.
Los ingenieros suelen utilizar FPGA para probar prototipos de diseños de chips porque pueden reconfigurarse para realizar una amplia variedad de tareas diferentes. Sin embargo, para ser tan flexibles, los FPGA son grandes y costosos. Y una vez que se realiza el diseño, los ingenieros generalmente abandonan los FPGA por circuitos integrados específicos de aplicación más delgados.
Cuando decides qué operación lógica quieres hacer, en realidad enciendes un montón de interruptores y bits de configuración en el circuito, dice Williams. En el nuevo chip, estas tareas las realizan memristores. Lo que estamos viendo es esencialmente sacar todos los bits de configuración y todos los interruptores de transistores, dice.
Según Williams, el uso de memristores en FPGA podría ayudar a reducir significativamente los costos. Si nuestras ideas funcionan, este tipo de FPGA cambiará completamente el equilibrio, dice.
En última instancia, los próximos años podrían ser muy importantes para la investigación de memristor. En este momento, el mayor impedimento para conseguir memristores en el mercado es tener [tan poca] gente que pueda diseñar circuitos [usando memristores], dice Williams. Aún así, predice que los memristores llegarán a los circuitos comerciales dentro de los próximos tres años.