HP toont revolutionaire memristor-chip
Hewlett-Packard slaagt er na twee jaar in apparaten deels te doen draaien op memristors. Het begrip memristor staat voor memory resistor of geheugenweerstand. De ontdekking uit 2008 zou RAM-geheugen, CPU’s en harde schijven overbodig kunnen maken.
Godsonderdeel
Om een beter beeld te krijgen van hoe een memristor werkt, moeten we even terugduiken in het verleden. In 1971 al kwam de Amerikaanse professor Leon Chua tot de conclusie dat er naast weerstanden, condensatoren en spoelen nog een vierde elektronisch element moest mogelijk zijn.
Dat vierde element noemde Chua de memristor: een voorwerp dat in staat is om analoge gegevens te onthouden, net zoals het menselijk brein. Normale elektronische geheugens slaan data digitaal op: één of nul.
Naar het idee van de memristor werd vaak verwezen als het godsonderdeel van de elektronische wetenschap. Een beetje zoals het Higgs-boson-element dat fysici met de LHC proberen waar te nemen.
Hoe werkt het?
Toen HP op zoek ging naar nanotechnische materialen die de vereiste functionaliteit van een memristor aankonden, kwam het enkele stoffen tegen die bijna volledig aan de voorwaarden voldeden.
Uiteindelijk kwam het bedrijf in 2008 met een concept voor de dag dat verrassend eenvoudig is. Door twee lagen van de halfgeleider titaniumdioxide tussen elektroden te steken waarbij de bovenste laag enkele zuurstofatomen mist, bekwam het een werkende memristor.
De ontbrekende zuurstofatomen vormen positief geladen ‘belletjes’ op de bovenste laag. Als er door de daarnaast gelegen elektrode een positieve lading gestuurd wordt, verspringen enkele belletjes naar de onderste laag. Een negatieve lading zuigt de belletjes weer naar de bovenste laag toe. Hoe krachtiger de lading, hoe meer belletjes er van laag verspringen.
Vervolgens wordt de weerstand van de onderste elektrode gemeten. Omdat die weerstand afhangt van het aantal belletjes, spreken we niet meer van een één-of-nul-situatie, maar van een waaier aan mogelijke waarden. Bovendien worden die waarden bijgehouden, zelfs als er geen stroom meer aanwezig is.
Een ander belangrijk punt aan de ontdekking van HP is dat de grootte van transistors stilaan zijn limiet aan het bereiken is. Transistors zijn cruciale onderdelen van een CPU die steeds kleiner worden gemaakt om zo de prestaties omhoog te krikken. Huidige versies variëren van 40 tot zelfs 22 nanometer. Een nanometer is een miljardste van een meter.
Wet van Moore
Een principe uit 1965, de wet van Moore, bepaalt dat de grootte van zulke transistors elke twee jaar halveert. Omdat ongeveer vijftien nanometer de absolute limiet is, dreigde de industrie dit decennium nog in een patstelling te belanden. Het is ook daarom dat er nu steeds meer multicore-processors verschijnen om toch nog aan prestatiewinst te kunnen doen.
De eerste memristor is echter slechts enkele nanometers groot: het formaat van amper tien atomen. Bovendien kunnen ze bovenop elkaar geplaatst worden, waardoor gigantisch veel data op een chip passen.
Nut voor computers
Tegenwoordig worden digitale data opgeslagen op een harde schijf of flash-kaart. Bij het opstarten van je computer worden die gegevens in het veel snellere werkgeheugen geladen waar een centrale processor er bewerkingen mee kan uitvoeren.
Een memristor zou alle drie die functies kunnen uitvoeren. Omdat er zo minder afstand tussen de onderdelen afgelegd wordt, liggen de prestaties meteen een stuk hoger. Daarbij komt dat de mogelijkheid tot driedimensionaal stapelen ervoor zorgt dat je enorm veel opslagcapaciteit kan behalen.
HP verwacht over drie jaar al een testversie uit te brengen die tot twintig gigabyte per vierkante centimeter zou aankunnen. Eens de technologie volledig op punt staat, zou ze flashgeheugens op alle vlakken in het stof doen bijten.
Memristorchips kunnen trouwens ook gewoon digitaal werken. Door grote ladingen te gebruiken zou je eensklaps alle ladingen kunnen doen verspringen, wat simpelweg naar één of nul vertaald wordt.
Meteen opstarten
De toepassingen voor de nieuwe technologie zijn ontelbaar. Omdat de werking ervan lijkt op die van neuronen, zou er zelfs sprake kunnen zijn van elektronische hersenen. Ook wel ‘artificiële intelligentie’ genoemd.
Een ander prestigieus nut zou het weghalen van opstarttijden zijn. Omdat memristors zich zowel als harde schijf, RAM en CPU kunnen gedragen, zou je besturingssysteem permanent in het werkgeheugen kunnen blijven. Aangezien het geheugen zonder stroom behouden blijft, zou je bovendien na een stroomonderbreking gewoon verder kunnen werken.
Hewlett-Packard verwacht binnen enkele jaren met afgewerkte producten op de markt te komen. Dromen is toegestaan.
Hewlett-Packard slaagt er na twee jaar in apparaten deels te doen draaien op memristors. Het begrip memristor staat voor memory resistor of geheugenweerstand. De ontdekking uit 2008 zou RAM-geheugen, CPU’s en harde schijven overbodig kunnen maken.
Godsonderdeel
Om een beter beeld te krijgen van hoe een memristor werkt, moeten we even terugduiken in het verleden. In 1971 al kwam de Amerikaanse professor Leon Chua tot de conclusie dat er naast weerstanden, condensatoren en spoelen nog een vierde elektronisch element moest mogelijk zijn.
Dat vierde element noemde Chua de memristor: een voorwerp dat in staat is om analoge gegevens te onthouden, net zoals het menselijk brein. Normale elektronische geheugens slaan data digitaal op: één of nul.
Naar het idee van de memristor werd vaak verwezen als het godsonderdeel van de elektronische wetenschap. Een beetje zoals het Higgs-boson-element dat fysici met de LHC proberen waar te nemen.
Hoe werkt het?
Toen HP op zoek ging naar nanotechnische materialen die de vereiste functionaliteit van een memristor aankonden, kwam het enkele stoffen tegen die bijna volledig aan de voorwaarden voldeden.
Uiteindelijk kwam het bedrijf in 2008 met een concept voor de dag dat verrassend eenvoudig is. Door twee lagen van de halfgeleider titaniumdioxide tussen elektroden te steken waarbij de bovenste laag enkele zuurstofatomen mist, bekwam het een werkende memristor.
De ontbrekende zuurstofatomen vormen positief geladen ‘belletjes’ op de bovenste laag. Als er door de daarnaast gelegen elektrode een positieve lading gestuurd wordt, verspringen enkele belletjes naar de onderste laag. Een negatieve lading zuigt de belletjes weer naar de bovenste laag toe. Hoe krachtiger de lading, hoe meer belletjes er van laag verspringen.
Vervolgens wordt de weerstand van de onderste elektrode gemeten. Omdat die weerstand afhangt van het aantal belletjes, spreken we niet meer van een één-of-nul-situatie, maar van een waaier aan mogelijke waarden. Bovendien worden die waarden bijgehouden, zelfs als er geen stroom meer aanwezig is.
Een ander belangrijk punt aan de ontdekking van HP is dat de grootte van transistors stilaan zijn limiet aan het bereiken is. Transistors zijn cruciale onderdelen van een CPU die steeds kleiner worden gemaakt om zo de prestaties omhoog te krikken. Huidige versies variëren van 40 tot zelfs 22 nanometer. Een nanometer is een miljardste van een meter.
Wet van Moore
Een principe uit 1965, de wet van Moore, bepaalt dat de grootte van zulke transistors elke twee jaar halveert. Omdat ongeveer vijftien nanometer de absolute limiet is, dreigde de industrie dit decennium nog in een patstelling te belanden. Het is ook daarom dat er nu steeds meer multicore-processors verschijnen om toch nog aan prestatiewinst te kunnen doen.
De eerste memristor is echter slechts enkele nanometers groot: het formaat van amper tien atomen. Bovendien kunnen ze bovenop elkaar geplaatst worden, waardoor gigantisch veel data op een chip passen.
Nut voor computers
Tegenwoordig worden digitale data opgeslagen op een harde schijf of flash-kaart. Bij het opstarten van je computer worden die gegevens in het veel snellere werkgeheugen geladen waar een centrale processor er bewerkingen mee kan uitvoeren.
Een memristor zou alle drie die functies kunnen uitvoeren. Omdat er zo minder afstand tussen de onderdelen afgelegd wordt, liggen de prestaties meteen een stuk hoger. Daarbij komt dat de mogelijkheid tot driedimensionaal stapelen ervoor zorgt dat je enorm veel opslagcapaciteit kan behalen.
HP verwacht over drie jaar al een testversie uit te brengen die tot twintig gigabyte per vierkante centimeter zou aankunnen. Eens de technologie volledig op punt staat, zou ze flashgeheugens op alle vlakken in het stof doen bijten.
Memristorchips kunnen trouwens ook gewoon digitaal werken. Door grote ladingen te gebruiken zou je eensklaps alle ladingen kunnen doen verspringen, wat simpelweg naar één of nul vertaald wordt.
Meteen opstarten
De toepassingen voor de nieuwe technologie zijn ontelbaar. Omdat de werking ervan lijkt op die van neuronen, zou er zelfs sprake kunnen zijn van elektronische hersenen. Ook wel ‘artificiële intelligentie’ genoemd.
Een ander prestigieus nut zou het weghalen van opstarttijden zijn. Omdat memristors zich zowel als harde schijf, RAM en CPU kunnen gedragen, zou je besturingssysteem permanent in het werkgeheugen kunnen blijven. Aangezien het geheugen zonder stroom behouden blijft, zou je bovendien na een stroomonderbreking gewoon verder kunnen werken.
Hewlett-Packard verwacht binnen enkele jaren met afgewerkte producten op de markt te komen. Dromen is toegestaan.
