Исследователи из Университета штата Мичиган (University of Michigan) создали образец новых микросхем памяти на основе наноразмерных мемристоров, которые могут хранить до одного килобита информации. Ранее всего только несколько групп ученых смогли достичь подобных результатов. Несмотря на то, что 1 килобит не слишком большой объем памяти, ученые считают, что это только первый шаг, который делает последующее развитие этой области много проще.

Мемристор- сравнительно новый элемент компьютерных микросхем, которому свойственны как функции пямяти, так и логические функции в той же самой простой упаковке. Мемристоры, возможно, имеют потенциал в полупроводниковой индустрии, поскольку могут способствовать уменьшению размеров, стоимости и повышению быстродействия микросхем и, соответственно, самих компьютеров. Мемристор (англ. memristor, от memory —«память», и resistor — «электрическое сопротивление») – пассивный элемент в микроэлектронике, способный изменять свое сопротивление. Может быть описан как двухполюсник с нелинейной вольт-амперной характеристикой, обладающий гистерезисом.

По словам Вей Лу (Wei Lu) – руководителя работ и адъюнкт-профессора Университета, продемонстрированный образец является КМОП –совместимой сверхвысокоплотной микросхемой памяти, базирующейся на кремниевых мемристивных элементах. КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) – современная технология построения электронных схем, имеющая наиболее широкое распространение.

Закон Мура, определяющий с середины 1960-х годов удвоение количества транзисторов в интегральной схеме каждые два года, по-прежнему справедлив. Чем больше транзисторов на чипе, тем быстрее работает интегральная схема. Но с каждым годом это все труднее и труднее осуществлять, как говорит проф. Лу.

Уменьшение размеров транзисторов в конечном итоге привело к ряду фундаментальных практических проблем, включая рассеяние мощности, трудности с компоновкой всех необходимых соединений, высокую стоимость стандартизации изделий, считает проф. Лу. По его мнению, мемристоры имеют более простую структуру и поэтому привлекательны в таких применениях, как устройства памяти, поскольку их гораздо проще компоновать в больших количествах на единой подложке с целью получения максимально возможной плотности упаковки. Плотность упаковки микросхемы памяти на мемристорах может быть по крайней мере на порядок (10 раз) выше, чем в существующих на сегодняшний день чипах на транзисторах. К тому же такие микросхемы с плотной упаковкой должны иметь высокое быстродействие, например, скорость запоминания данных в мемристорной памяти может быть в три раза выше, чем в существующей на сегодня флешь –памяти.

Другим достоинством мемристорной памяти, по словам проф. Лу, является то, что она стабильна, в отличие от сегодняшних образцов запоминающих устройств типа DRAM (Dynamic Random Access Memory), которые должны перезаписываться с частотой несколько раз в секунду, поскольку эта память слабеет со временем. Мемристорная память стабильна и не потребует перезаписи. Мемристоры могут способствовать разработке универсальной памяти и, в зависимости от возможности упаковки, мемристорные устройства дают надежду на создание, со временем, аналогов биологических логических контуров. При этом архитектура подобной микросхемы должна соответствовать схеме нейронных соединений, где каждый нейрон человеческого мозга соединен с 10000 других нейронов посредством синапсов. На сегодня не существует ни способа ни технических средств для воспроизведения подобных схем. Есть основания полагать, что мемристорные схемы смогут решить эту проблему.

Результаты исследований опубликованы в интернет журнале «Nano Letters»(High-density crossbar arrays based on a Si memristive system).

Евгений Биргер