Un nou element de circuit electric poate revoluţiona arhitectura computerelor
În afară de rezistenţă, condensator şi bobină, iată că acum este readus la viaţă un alt element pasiv al circuitelor electrice: memristorul. Acesta poate revoluţiona arhitectura noilor computere.
Categorie: Tehnologie
Autor: Cristian Presură
Dacă cineva crede că teoria circuitelor electrice este un domeniu îmbătrânit, avatar exclusiv al anilor '60, se înşeală. Desigur, aceia au fost anii când numai câţiva tranzistori, înconjuraţi de nenumărate elemente pasive, putea forma un radio portabil. Astăzi, elementele active (tranzistorii de exemplu) vin cu miile, încorporate în chipuri miniaturizate, iar elementele pasive (rezistenţe, condensatori sau bobine) par că joacă un rol secundar, în surdină. Căci, să fim sinceri, ce ar putea fi spectaculos în linearitatea unei rezistente, dată de legea lui Ohm, sau în simplă proporţionalitate dintre tensiunea aplicată unui condensator şi sarcina acumulată pe el?
Iată însă că, recent, un grup de cercetători americani vin să revitalizeze teoria circuitelor electrice pasive, şi să reînvie un alt element de circuit pasiv, denumit memristor. Rezultatele acestea au fost publicate săptămâna aceasta în prestigioasa revista Nature.
După cum îi sugerează numele, memristorul este o rezistenţă cu memorie, şi a fost introdus în anul 1971 de Leon Chua, de la Universitatea Berkely (Statele Unite) ca simplă curiozitate teoretică. Astfel, Chua a observat că celor trei elemente pasive (rezistenţă, condenstator şi bobină), li se mai poate adăugă una, a cărei comportare nu poate fi descrisă sub nici o formă ca simplă combinaţie a celor trei. Dacă variaţia de voltaj se poate obţine fie prin variaţia de curent electric (rezistenţa), fie prin prin variaţia de sarcina electrică (condensatorul), variaţia de flux magnetic se obţine doar din variaţia de curent electric (bobina). Ca să completeze aceasta simetrie, Chua a introdus un nou element de circuit, în care variaţia de sarcină electrică produce o variaţie a fluxului magnetic.
Din păcate, la o analiză sumară, se arăta că, în cazul variaţiilor liniare, acest element este chiar rezistenţa electrică! Cu toate acestea, în cazul variaţiilor neliniare, noul element este de sine stătător şi, în plus, introduce elemente de memorie, de unde numele lui de memristor (de la rezistor cu memorie). Aceasta înseamnă că fluxul magnetic creat, precum şi tensiunea sa electrică, depind nu numai de variaţia de sarcina electrică, dar şi de istoria acestor variaţii. Ori, în termeni simpli, rezistenţa electrică a memristorului prezină un efect de histerezis, depinzând de istoria curenţilor electrici aplicaţi.
Această curiozitate teoretică ar fi rămas ascunsă în istorie dacă aceste efecte de histerezis nu ar fi ieşit din ce în ce mai mult la iveală în dispozitivele ce se miniaturizează astăzi pe scală largă. De fapt, problema este uneori atât de serioasă, încât inginerii lucrează la metode de eliminare a ei...
Cu toate aceste, cercetătorii americani întorc problema pe dos, şi scot în evidenţă mecanismul răspunzător de aceste comportări de histerezis, şi mai ales potenţialul practic al noului memristor. Astfel, într-o primă instanţa, ei arăta cum comportarea unui memristor poate fi explicată simplu prin mişcarea curentului ionic în semiconductori. În mod normal, spun ei, aceşti ioni au o mobilitate redusă: dacă la un moment dat curentul îi duce spre un capăt, le va lua ceva timp să se deplaseze la celălalt capăt odată ce curentul este inversat. Pe de alta parte, poziţia lor în semiconductor influenţează rezistenta electrică, de unde efectul de histerezis al rezistenţei. Şi, pentru a-şi face clar punctul de vedere, cercetătorii americani au măsurat un astfel de memristor special construit, folosind o interfaţă de film subtire de TiO2. Rezultele măsurătorii se potrivesc remarcabil de bine modelului teoretic.
Desigur, impactul cel mai mare pe care îl poate avea memristorul este în arhitectura noilor computere. Într-un mod simplist, am putea spune că funcţionarea lui este asemănătoare sinapselor dintre neuronii creierului: rezistenta electrică este dată de istoria curentului electric ce a străbătut-o. Ori, pe acest principiu funcţionează memoria creierului uman, care nu are elemente adiţionale de memorie ca şi computerul (flash, CD, şi aşa mai departe). Memoria noastră se bazează numai pe aceste sinapse, ca si pe modul în care sunt conectate. Dacă am fi în stare să încorporăm astfel de memristoare în noile computere, am putea implementa poate mult mai uşor o arhitectură asemănătoare creierului uman, cu consecinţe încă imposibil de imaginat.
O astfel de ipoteza nu este însă o simplă poveste science-fiction. Pasul cercetătorilor americani nu este uriaş, însă el ajută în primul rând la clarificarea modului în care noul element de circuit electric, memristorul, funcţionează. Ori, aceste dispozitive există în fond deja în circuitele prezente, doar că acum sunt privite ca "probleme". Odată însă ce ele vor fi refolosite la potenţialul lor întreg, vom putea asista la o nouă revoluţie în arhitectura de computere [www.stiinta.info].













Comentarii
-
October 15, 2009, 12:00 am -
niji
-
October 14, 2009, 11:59 pm -
niji
-
August 3, 2008, 5:17 am -
nightwolf
-
June 5, 2008, 7:24 am -
cristi
-
June 5, 2008, 7:23 am -
Sinapsă
-
May 8, 2008, 10:31 am -
Adi
-
May 7, 2008, 11:39 am -
Cristian
-
May 2, 2008, 2:25 pm -
cristi
-
May 2, 2008, 1:21 pm -
Adi
Adauga un comentariu[b]interesant[/b]
[b] intersant [/b]
Stie cineva cand o sa incorporeze memrizstoarele in computere?
te inseli... o sa te strige el pe tine : "Ioane, ai maturat?"
Asa ca peste un an sau doi o sa imi strig calculatorul "Gică!"
Am citit textul de la linkul din HP si este foarte bine scris, foarte clar explica. Multumesc, Cristian. Recomand textul cu caldura.
http://www.hpl.hp.com/news/2008/apr-jun/memristor.html
adi, articolul original din nature este surprinzator de accesibil si clar, se intampla mai rar la articolele din nature... cand ai astfel de materiale e usor sa explici ceea ce ai inteles deja... plus ca te bucuri ca ai inteles aproape tot articolul, ce realizare! sa vezi si formulele si sa le poti urmari...
Foarte frumos articol, Cristi. Il descoperisem la Cosmosul.ro si il inclusesem si eu la revista presei stiintifice la www.StiintaAzi.ro, dar articolul tau este mai complet si mai clar si imi reveleaza un lucru nou, ce imi scapase inainte. Faptul ca memoria umana este mai apropiata de modudul de functionare a acestor memristoare, iar nu apropiata de memoria pe baza de magnetism, ca in hardul calculatorelor, sau optica, ca in DVD-uri. Foarte interesant, ar putea sa ajute la intelegerea creierului uman, a inteligentei artificiale, aceasta fiind si una din provocarile tehnologice majore ale secolului care sunt abordate in concursul de eseuri de la Stiinta.info, pentru care, apropo, mai sunt doua saptamani pana la termenul limita.
Adauga un comentariu