211service.com
Memristor-Speicher bereit für die Produktion
HP hat damit begonnen, Muster einer neuen Art von nichtflüchtigem Speicher zu testen, der auf Memristoren basiert – Schaltungselementen, die viel kleiner sind als die Transistoren, die in Flash-Speichern verwendet werden. Das Unternehmen plant, in drei Jahren das erste kommerzielle Memristor-Speicherprodukt auf den Markt zu bringen.
Langzeitgedächtnis: Jeder der weißen Flecken in diesem Rasterkraftmikroskopiebild ist ein Memristor mit einem Durchmesser von 50 Nanometern.
HP erwartet, dass seine Memristor-Speichertechnologie besser skaliert als Flash und hofft, 2013 ein Produkt mit einer Speicherdichte von etwa 20 Gigabyte pro Quadratzentimeter anbieten zu können – doppelt so viel wie Flash zu dieser Zeit bieten soll. Der Umzug wird ein wichtiges Testgelände für Memristoren sein; Die Zuverlässigkeit und Leistung dieser Komponenten, die erstmals 2008 in den HP Labs hergestellt wurden, ist noch weitgehend unbewiesen.
R. Stan Williams , Senior Fellow bei HP und Leiter des Labors für Informations- und Quantensysteme des Unternehmens, sagt, seine Gruppe teste die erste Charge von Muster-Memristor-Speicherbausteinen, die in einer nicht näher genannten Halbleiterfabrik hergestellt werden. Die Muster-Memristor-Arrays werden auf standardmäßigen 300-Millimeter-Siliziumwafern aufgebaut.
Memristoren sind nanoskalige Bauelemente mit variablem Widerstand und der Fähigkeit, sich ihren Widerstand im ausgeschalteten Zustand zu merken. HP stellt sie mit herkömmlichen Lithografietechniken her: Es werden eine Reihe paralleler Metall-Nanodrähte aufgelegt, die Drähte mit einer einige Nanometer dicken Schicht Titandioxid beschichtet und dann eine zweite Anordnung von Drähten senkrecht zum ersten verlegt. Die Punkte, an denen sich die Drähte kreuzen, sind die Memristoren, und jeder kann so klein wie etwa drei Nanometer sein. Diese Kreuzschienenstruktur ermöglicht es auch, Memristoren in sehr dichte Arrays zu packen.
Sowohl der Flash- als auch der Memristor-Speicher sind nichtflüchtig, d. h. sie speichern die Daten auch bei Stromausfall. Flash hat jedoch einige Einschränkungen. Es hält nur etwa 100.000 Datenschreibzyklen aus und wird wie alle auf Siliziumtransistoren basierenden Geräte an physikalische Grenzen stoßen, wenn es skaliert wird, um Speichergeräte mit höherer Speicherdichte herzustellen. Williams sagt, dass Memristor-Speicher in Labortests bis zu einer Million Lese-Schreib-Zyklen standhalten können. Wir werden in der Lage sein, schneller und weiter zu skalieren als Flash, weil der Memristor eine sehr einfache Struktur ist und gestapelt werden kann, sagt Williams.
Andere Forscher sehen das Versprechen der Memristoren vorsichtig optimistisch. Während die Materialeigenschaften von Silizium gut bekannt sind, sind die der Materialien, aus denen Williams’ Memristoren hergestellt werden, nicht – zumindest bisher.
Die Grundlagen dafür, warum diese Metalloxide so schalten, wie sie es tun, sind nicht gut verstanden, sagt Curt Richter , Leiter des NanoElectronic Device Metrology-Projekts am National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg, MD. Ein besseres Verständnis der grundlegenden Materialeigenschaften der Metalloxide, die zur Herstellung der Memristoren verwendet werden, wird entscheidend sein, um sicherzustellen, dass Chips mit Milliarden der Bauelemente über einen Zeitraum von 10 Jahren zuverlässig funktionieren.
Die Übertragung der Technologie auf Fertigungsanlagen könnte einen großen Beitrag zur Schließung dieser Wissenslücke leisten. Sobald Sie die Fab haben, ist es ein völlig neues Spiel, sagt Dmitri Strukov , Professor für Elektro- und Computertechnik an der University of California, Santa Barbara, der in seinem Labor Memristoren entwickelt.
Es könnte auch die Bemühungen um die Entwicklung von Memristor-Logikschaltungen unterstützen, sagt Richter. Memristoren haben großes Interesse geweckt, weil sie theoretisch zu Aktivitäten fähig sind, die denen ähnlich sind, die in einer Synapse im menschlichen Gehirn passieren. Bisher wurden jedoch alle experimentellen Demonstrationen von Memristoren dadurch erreicht, dass sie gezwungen wurden, sich eher wie Transistoren zu verhalten. Anstatt zwischen Hunderten von Zuständen umzuschalten, wurden diese Memristoren so hergestellt, dass sie zwischen zwei Zuständen mit hohem und niedrigem Widerstand wechseln – einer digitalen Null und einer Eins.
Diese Woche im Journal Natur , Williams und Kollegen berichteten über einen großen Fortschritt für die Memristorlogik mit der Herstellung von Schaltungen, die vollständig boolesche Logik fähig sind. Die Schaltungen sind immer noch digital, aber Williams sagt, sein Team habe gezeigt, dass alles, was auf Silizium berechnet werden kann, mit Memristoren und auf kleinerem Raum möglich ist. Die Demonstration digitaler Logik mit den Geräten sei ein wichtiger erster Schritt in Richtung exotischeres Computing, sagt Strukov.
Die in . berichteten Memristorschaltungen Natur sind auch in der Lage, sowohl Speicher als auch Logik zu verarbeiten, Funktionen, die in modernen Computern in separaten Geräten ausgeführt werden. Die meiste Energie, die heute für die Berechnung verwendet wird, wird verwendet, um die Daten zwischen der Festplatte und dem Prozessor zu verschieben, sagt Williams. Ein zukünftiges Memristor-basiertes Gerät, das beide Funktionen bietet, könnte viel Energie sparen und Computern helfen, schneller zu werden, auch wenn Silizium an seine physikalischen Grenzen stößt.
Vorerst wird das Unternehmen jedoch daran arbeiten, potenzielle Herausforderungen bei der Herstellung zu überwinden, die sich bei der Entwicklung von Memristoren für nichtflüchtige Speicher ergeben. Memristoren sind passive Bauelemente, die auf herkömmlichen Siliziumtransistoren aufgebaut werden müssen, die dazu dienen, Energie in das System einzuspeisen. Diese Komplexität könnte eine Hürde sein, sagt Pinaki Mazumder , Professor für Elektrotechnik und Informatik an der University of Michigan. Wenn Sie mehr [Lithographie-]Masken einführen, könnte sich dies negativ auf die Ausbeute auswirken, da die Fehlerwahrscheinlichkeit steigt, sagt er.
Trotz dieser Herausforderungen ist es für Williams an der Zeit, dass Memristoren skalieren. Unsere Laborergebnisse waren gut und es ist an der Zeit, Memristoren in der Fabrik zu testen.