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Computación

La memoria de memristores lista para la producción

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HP planea una nueva memoria no volátil para 2013.

  • por Katherine Bourzac | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 08 Abril, 2010

HP ha comenzado a realizar pruebas con muestras de un nuevo tipo de memoria no volátil basadas en memristores—elementos de circuito mucho más pequeños que los transistores utilizados en la memoria flash. La compañía planea introducir el primer producto comercial con memoria de memristor dentro de tres años.

HP espera que su tecnología de memoria de memristor se escale mejor que el flash y espera poder ofrecer un producto con una densidad de almacenamiento de alrededor de 20 gigabytes por centímetro cuadrado en 2013—el doble del almacenamiento que se espera que ofrezca flash en ese momento. La medida será un verdadero campo de pruebas para los memristores; la fiabilidad y el rendimiento de estos componentes, fabricados por primera vez en los HP Labs en 2008, sigue sin haberse puesto a prueba.

R. Stan Williams, investigador senior de HP y director del laboratorio de sistemas cuánticos y de información de la empresa, afirmó que su grupo está probando el primer grupo de muestras de dispositivos de memoria de memristor fabricadas en unas instalaciones de semiconductores sin especificar. Las muestras de matrices de memristores se están construyendo en obleas de silicio estándar de 300 milímetros.

Los memristores son dispositivos a nanoescala con una resistencia variable y la capacidad de recordar dicha resistencia cuando se corta la energía. HP los fabrica utilizando técnicas convencionales de litografía: colocando un conjunto de nanocables metálicos paralelos, recubriendo los cables con una capa de dióxido de titanio de unos pocos nanómetros de espesor y, a continuación, colocando una segunda matriz de cables perpendicular a la primera. Los puntos donde los cables se cruzan son los memristores, y cada uno puede ser tan pequeño como de sólo unos tres nanómetros. Esta estructura de travesaño también hace posible empaquetar memristores en matrices muy densas.

Tanto la memoria flash como la de memristores son no volátiles, es decir, mantienen los datos incluso cuando la energía se corta. No obstante, la memoria flash tiene algunas limitaciones. Sólo puede soportar alrededor de 100.000 ciclos de escritura de datos y, como todos los dispositivos basados en transistores de silicio, se enfrentará a limitaciones físicas al tiempo que aumenta la escala para hacer dispositivos de almacenaje de memoria más densos. Williams afirma que la memoria de memristores puede soportar hasta un millón de ciclos de lectura y escritura en las pruebas de laboratorio. "Seremos capaces de escalar la tecnología más rápido y más lejos que con los dispositivos flash, puesto que el memristor es una estructura muy simple, y puede ser apilada", señala Williams.

Otros investigadores muestran un cauteloso optimismo acerca de los memristores. Aunque las propiedades materiales del silicio son bien conocidas, las de los materiales utilizados para hacer los memristores de Williams no lo son—al menos hasta ahora.

"Los fundamentos de por qué estos óxidos metálicos cambian como cambian no se entienden bien", afirma Curt Richter, líder del proyecto de Metrología de Dispositivos Nanoelectrónicos en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Gaithersburg, Maryland. Una mejor comprensión de las propiedades materiales fundamentales de los óxidos metálicos utilizados para fabricar los memristores será crucial para garantizar que los chips con miles de millones de estos dispositivos funcionan de manera fiable durante un período de 10 años.

La transferencia de la tecnología a las plantas de fabricación podría tardar más que la adquisición de estos conocimientos. "Una vez que tienes la fábrica, pasas a un juego completamente distinto", afirma Dmitri Strukov, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de California, en Santa Bárbara, y encargado del desarrollo de memristores en su laboratorio.

También podría contribuir a los intentos por desarrollar circuitos lógicos de memristores, afirma Richter. Los memristores han sido objeto de mucho interés porque, en teoría, son capaces de una actividad análoga a lo que ocurre en una sinapsis dentro del cerebro humano. Hasta ahora, sin embargo, todas las demostraciones experimentales de memristores han sido logradas obligándolos a comportarse de forma más parecida a los transistores. En lugar de cambiar entre cientos de estados, estos memristores se han creado para cambiar entre dos estados, con una alta resistencia y otra baja—un cero y un uno digital.

Esta semana, en la revista Nature, Williams y sus colegas informaron de un gran paso adelante dentro de la lógica del memristor, gracias a la fabricación de circuitos capaces de soportar una lógica Booleana completa. Los circuitos son todavía digitales, aunque Williams afirma que su equipo ha "demostrado que cualquier cosa que se pueda calcular en el silicio se puede hacer igual con memristores", y en un espacio más pequeño. La demostración de la lógica digital con los dispositivos es un primer paso importante hacia un tipo de informática más exótica, afirma Strukov.

Los circuitos de memristores publicados en Nature también son capaces tanto de funciones de memoria como de lógica, funciones que se realizan en distintos dispositivos en los ordenadores actuales. "La mayoría de la energía utilizada para la computación hoy día se utiliza para mover los datos" entre el disco duro y el procesador, afirma Williams. Un dispositivo futuro basado en memristores que proporcionase ambas funciones podría ahorrar una gran cantidad de energía y ayudar a hacer que los ordenadores fueran cada vez más rápidos, incluso si el silicio alcanza sus límites físicos.

Por ahora, sin embargo, la compañía trabajará para superar los problemas potenciales de producción que surjan a medida que desarrolla memristores para memorias no volátiles. Los memristores son dispositivos pasivos que deben ser construidos sobre la parte superior de los transistores de silicio tradicionales utilizados para introducir la energía en el sistema. Esta complejidad puede ser un obstáculo, advierte Pinaki Mazumder, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en la Universidad de Michigan. "A medida que introducimos más máscaras de litografía, podríamos encontrarnos con un efecto negativo en el rendimiento, ya que aumentan las posibilidades de errores", afirma.

A pesar de estos desafíos, Williams señala que es el momento de que los memristores pasen a una mayor escala. "Nuestros resultados de laboratorio han sido buenos, y es hora de poner a prueba los memristores en la fábrica."

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