Это первые принципиально новые электронные компоненты после кремниевых транзисторов, созданных в 50-х годах прошлого века. Мемристоры оказались более скоростной и долговечной, а также потенциально более дешевой альтернативой флэш-памяти.
«Если мы решим сейчас пересмотреть технологию производства компьютеров, то будем просто обязаны использовать мемристорную память, - считает Р. Стенли Уильямс, ведущий исследователь и глава группы квантовых исследований (Quantum Science Research, QSR) HP Labs в Пало-Альто, Калифорния. - Это фундаментальная структура для будущей электроники».
О мемристоре, другими словами - резисторе с памятью, впервые упомянул профессор Калифорнийского университета Леон Чу еще в 1971 г. Но мемристорные прототипы HP Labs не демонстрировались публично вплоть до 2008 г.
Компания HP для создания мемристоров использует чередующиеся слои диоксида титана и платины. Под электронным микроскопом они выглядят как серии длинных параллельных выступов, образующих «кубики» с размерами ячеек 2х3 нм. Главное здесь заключается в том, что два любых соседних элемента можно соединить с электрическим переключателем под поверхностью, создавая ячейку памяти. Изменяя напряжение, прилагаемое к таким «кубикам», ученые могут открывать и закрывать крошечные электронные переключатели, так же сохраняя данные, как и в традиционных чипах флэш-памяти.
Новый тип памяти получил название ReRAM (Resistive Random Access Memory). Эти чипы не только позволяют сохранить вдвое больше данных, чем флэш, но и работают в 1000 раз быстрее. А еще они выдерживают до 1 млн. циклов перезаписи по сравнению со 100 тыс. циклов перезаписи у стандартной флэш-памяти. Кроме того, ReRAM читает и записывает данные на сравнимых скоростях, тогда как флэш-памяти требуется для записи данных гораздо больше времени, чем для чтения.
Южнокорейская компания Hynix и HP заключили договор о сотрудничестве, чтобы наладить массовое производство чипов ReRAM, которым найдется применение во многих портативных устройствах, в частности в мультимедийных плеерах. А ведь это означает терабайты музыкальных треков, видео и электронных книг! Первые продукты с новыми чипами памяти ожидают на рынке в 2013 г.
Также ReRAM придет на смену динамической оперативной памяти в компьютерах. Поскольку она энергонезависима, то не будет терять информацию при выключении системы и не будет расходовать электроэнергию, в отличие от DRAM. По мнению Уильямса, грядет эра мгновенной обработки данных. Сейчас пользователи чаще не выключают компьютеры, а отправляют их в спящий режим. Но все равно для «пробуждения» компьютерной технике требуется от нескольких секунд до минуты, и лишь после этого доступ к данным будет восстановлен. Устройства, использующие ReRAM, мгновенно возвращаются в рабочее состояние.
Более того, по словам Уильямса, есть возможность размещать массивы мемристоров внутри чипа один над другим. Это путь к созданию 3D-памяти, позволяющей более рационально использовать пространство внутри чипа и вмещать гораздо больше памяти в одинаковый физический объем.
«Не существует фундаментальных ограничений на количество слоев, которые мы можем произвести, - объясняет Уильямс. - В ближайшие 10 лет мы можем создать чипы с объемом памяти в петабайт». Это миллион гигабайтов памяти, и его достаточно для хранения видео высокой четкости, которого хватило бы на год просмотра. При этом сам чип размером не больше ногтя.
«Память - лишь одна из возможностей применения мемристоров, и далеко не единственная. У данной технологии гигантский потенциал».
В ближайшие 20 лет дизайн компьютеров может быть пересмотрен. В 2010 г. исследователи из HP обнаружили, что мемристоры допустимо использовать не только для хранения данных, но и для логических вычислений. Значит, теоретически обе эти функции можно реализовать на одном чипе.
И опять слово Уильямсу: «Один мемристор способен заменить множество схем, что, в свою очередь, позволит упростить архитектуру, дизайн и работу компьютеров». Например, один мемристор заменит шесть транзисторов, используемых для создания статичных ячеек RAM в кэш-памяти процессора.
По мнению Уильямса, мемристорная технология даст возможность даже создать искусственные нейронные синапсы, имитирующие работу мозга. В наши дни это кажется лишь отдаленной перспективой, но, главное, в принципе возможной.
«Мемристоры имеют все шансы переписать правила электроники», - полагает Супратик Гуха (Supratik Guha), директор департамента физических наук IBM. Однако, по его мнению, технология требует дальнейшего совершенствования. «Они могут иметь потенциал в качестве элементов памяти, - добавляет он. - Но, как и при использовании любой другой технологии, до того как бежать, вначале следует ползти, а затем идти».
Другими словами, мемристорные технологии не возникнут неожиданно. Пройдет еще много времени, прежде чем мемристоры станут столь же широко распространенными, как DRAM или флэш-память.
