ReRam – A próxima geração de Memórias e CPU’s

ReRam – A próxima geração de Memórias e CPU’s

A HP e a Hynix Semicondutores anunciaram recentemente o inicio do desenvolvimento conjunto de uma tecnologia memristor chamada ReRAM, que consome um décimo da energia das memórias flash atuais atingindo mais de 100 vezes sua velocidade. Dentro de três anos, dispositivos ReRAM podem começar a substituir memórias de acesso randômico (RAM) e flash, além de, eventualmente, substituir também os processadores, dizem as companhias.

As duas empresas irão reunir os materiais e processos necessários para desenvolver comercialmente a tecnologia do memristor – que está sendo chamada de ReRAM (Resistive Random Access Memory, ou, memória resistiva de acesso randômico) –  e a tecnologia será manufaturada nas fábricas Hynix.

Circuito microscópico com 17 memristores
Fonte: HP

O resultado, de acordo com a HP, será uma tecnologia que terá performance melhor que as atuais memórias flash encontradas em dispositivos como celulares e tocadores de música digital. A tecnologia também será 100 vezes mais rápida e irá consumir um décimo da energia.

“Isto vai mudar a industria das memórias,” disse Stan Williams, Diretor da HP e fundador  do IQS Lab (Information and Quantum Systems Lab), em um vídeo no site da HP. “Isso vai nos permitir continuar escalando – em outras palavras, indo para densidades cada vez maiores – assim como a indústria fez com a memória flash, mas na verdade com um produto que tem a capacidade e a aptidão, nós todos acreditamos, de substituir os HD’s e memórias DRAM nos computadores.”

O memristor – contração de memory resistor, ou resistor memória – é visto como o quarto elemento básico dos circuitos na engenharia de chips, juntamente com resistores, capacitores e indutores. São chaves eletrônicas que medem nanômetros e, basicamente, funcionam como um resistor com memória: um componente eletrônico com dois terminais no qual a resistência (dV/dI) é proporcional à quantidade de carga que flui através do circuito. Quando a corrente flui em uma direção pelo dispositivo a resistência aumenta; quando a corrente flui na direção oposta, a resistência diminui. Assim que a corrente é interrompida o componente retém a ultima resistência registrada. Quando a carga volta a fluir novamente, a resistência do circuito será a mesma que era da ultima vez em que esteve ativa.

Estas características os tornam, de certa forma, semelhantes aos transistores usados para armazenar informações em memórias flash, mas consideravelmente menores: enquanto fabricantes de memória flash constroem componentes com 20 nanômetros de tamanho, os memresistores atuais da HP possuem 3 nanômetros – com potencial para diminuírem ainda mais.

Os memristores são produzidos pela HP a partir de um processo que coloca nano fios de metal paralelamente em um substrato, vestindo-os com uma camada de dióxido de titânio e colocando uma segunda camada de nano fios perpendicularmente à primeira camada. No local onde os fios se cruzam, um memristor é formado (ver figura 1). A HP espera que os primeiros dispositivos contendo memristores (daqui três anos) ofereçam algo em torno de 20GB por centímetro quadrado, o dobro da capacidade projetada para as memórias flash neste período.

Vale lembrar que, assim como outras tecnologias baseadas em silício, a memória flash está aproximando-se dos limites físicos do que é possível realizar em termos de miniaturização e que elas se desgastam após aproximadamente 100.000 ciclos de leitura e gravação (o que normalmente demora mais pra ocorrer que o ciclo de vida da maioria dos dispositivos que contém estas memórias). Testes de laboratório tem mostrado que os memristores podem lidar com cerca de um milhão de ciclos de leitura e gravação.

Mas é a característica de poder variar sua resistência baseado na carga através do dispositivo que torna os memristores únicos:  isto os faz requerer menos energia para operar e poder reter informação mesmo sem energia. Além disso,  são construídos a partir de óxidos de metal, como dióxido de titânio, ao invés do tradicional silício utilizado em processadores.

A idéia por trás do memristor foi abordada primeiramente em 1971 pelo professor Leon Chua na Universidade California Berkeley, na Inglaterra, quando, através de técnicas matemáticas, ele provou a existência de tal componente. Outros cientistas já haviam proposto relacionamentos de fluxo de carga não lineares fixos, mas a teoria de Chua introduziu generalidade ao tema.

Entrentando, apenas 35 anos após a prova matemática é que houve a prova prática: os pesquisadores da HP foram os primeiros que implementaram o memristor, mostrando sua existência no ano de 2006. Dois anos depois, em 2008, a revista Nature publicou a descoberta da companhia e, em 2009, engenheiros da HP mostraram que memristores poderiam ser empilhados, sugerindo que um chip poderia oferecer entre 4 a 8 vezes a quantidade de memória das tecnologias tradicionais.

Em abril deste ano, um pronunciamento da HP disse que pesquisadores da companhia descobriram que o memristor também poderia executar lógica digital, levando o estágio da criação ao de um produto memristor que poderia atuar tanto como um chip de processamento quanto uma tecnologia de armazenamento, tomando o lugar das tecnologias de armazenamento tradicionais – incluindo memórias flash, magnéticas e CPU’s.

Uma história da pesquisa do memristor

Fonte: HP   |   Tradução: BrainStorm de TI

“Dispositivos memresistivos podem mudar o paradigma padrão da computação ao permitir que cálculos sejam executados nos chips onde a informação está armazenada,” disse Williams, em abril. “Além disso, nós antecipamos a habilidade de fazer sistemas de computação mais compactos e com consumo de energia mais eficiente no futuro, mesmo quando já não for mais possível fazer os transistores menores através da aproximação tradicional da Lei de Moore”.

A tecnologia dos memristores é uma forma de memória não volátil que (a HP acredita) será passível de utilização em todo o tipo de dispositivo, desde celulares e MP3 players, que primariamente utilizam memórias flash NAND agora, até como substitutos à tecnlogia de armazenamento, como SSD (solid state disk, as memórias flash) e DRAM.

“O objetivo é, pelo menos, dobrar as configurações da memória flash de daqui a três anos, seja lá qual elas forem – nós sabemos que vamos derrotar o flash em velocidade, consumo elétrico e durabilidade, mas queremos derrotá-los em densidade também”, disse Stanley Willians.

Sob os termos do novo acordo, a HP irá manter a propriedade intelectual relacionada aos memristores e Hynix irá fabricar e vender memórias memresistivas à HP e outros clientes.

S.W. Park, vice presidente executivo e CTO da Hynix disse num pronunciamento que “A capacidade de armazenamento do memristor é muitas vezes maior que as tecnologias concorrentes podem ofecer. Ao adotar a tecnologia do memristor da HP, nós podemos entregar novos produtos com consumo mais eficiente de energia da maneira mais veloz aos nossos clientes”.

Willians diz que a meta da companhia é encorajar a industria a adotar as memórias memrisistivas. “O beneficio econômico para a HP será o de executor do primeiro movimento”, diz Jim McGregor, estrategista de tecnologia chefe na empresa de análise da industria InStat.

Outros Usos:

Algumas patentes relacionadas a memristores parecem incluir aplicações em lógica programável, processamento de sinais, redes neurais e controle de sistemas.

Em 2009 foi realizado um experimento onde um circuito eletrônico simples, consistindo de uma rede LC e um memristor foi usado para modelar experimentos em comportamento adaptativo de organismos unicelulares. O experimento mostrou que o circuito eletrônico, submetido a um treino de pulsos periódicos, aprende e antecipa o próximo pulso que virá, de forma semelhante ao comportamento de micetozoários Physarum polycephalum submetidos à mudanças periódicas de ambiente. Este tipo de circuito pode encontrar aplicações em reconhecimento de padrões.

Maiores Informações

Para mais informações técnicas sobre o trabalho realizado pela HP com memristores, veja um detalhado Artigo no blog da HP aqui.