Mera bytes sa Stanley

I Sevilla träffades nyligen på konferensen ”International Electronics Forum 2011” några av halvledarvärldens tungviktare. En av dem, HP Laboratories Stanley Williams som är ansvarig för företagets forskning i kvantfysik och en av dess fem ”Senior Fellows”, berättade om de senaste framstegen inom området ”memristorer” eller som några väljer att kalla det, fasförändrande material.

Leon O. Chua
Är du som jag lite ringrostig i grunderna så kommer här lite hjälp.
Memristorn presenterades redan 1971 av professor Leon O. Chua i en IEEE-rapport om kretsteori som ”Memristor – The Missing Circuit Element”. Chua lade då fast grunderna för memristorns funktion baserat på ett matematiskt symmetrikrav han satte upp. Han menade att alla tre av de grundläggande passiva komponenterna med två terminaler, motståndet (Ohm 1827), kondensatorn (von Kleist 1745) och spolen (Faraday 1831) inte i någon koppling kunde återskapa funktionen hos memristorn. Det var denna ”omöjlighet” som Chua sa gjorde memristorn till en, den fjärde, av elektronikens passiva byggstenar. Det ska också sägas att han då, 1971, inte hade en aning om hur memristorn skulle tillverkas. Själv kunde han bara simulera dess funktion med aktiva kretselement.

Kommer ihåg
Vad gör då memristorn? Som namnet antyder har den en minnesfunktion. Om vi väljer att låta Ohms motstånd representeras av ett rör och vattnet som flyter genom röret vara elektrisk ström så vet vi att röret begränsar flödet. Trycker vi på för mycket vatten blir röret varmt men stänger vi av flödet kommer röret att svalna. Det finns ingen hysteres eller minnesfunktion. Memristorn, den har dock minne. Den liknar motståndet och analogin med röret men har funktionen att när vattnet går i ena riktningen ökar rörets diameter och vänder vi på riktningen kommer diametern att minska. Stänger vi av flödet behåller röret sin diameter. Memristorn har ett minne, den kommer ihåg sin historia.

Fyra grundelement
Varför har det tagit så länge att förstå att vi har 4 passiva grundelement? Det främsta skälet sägs vara att effekten hos memristorn först börjar göra sig påmind när vi närmar oss kretselement med några få nanometer i skala. Nanotekniken har stött på effekten, men försökt förklara det som ofullkomligheter i kretsarna eller oönskade sidoeffekter och kvantfenomen. Som Stanley Williams säger till mig, man har tittat åt fel håll. Han menar också att det nu är dags att skriva om en del läroböcker för att möta en ny verklighet. Det krävs stora visioner när nanotekniken träder in i vår värld.

Öppen forskning
Så var leder detta, Stanley fick mig fångad när han sa att HP valt att göra all sin forskning öppen och att man samarbetar med andra företag för att kommersialisera produkter baserade på memristorn. Öppet är bra och för inbäddade Linuxsystem är detta en spännande utveckling. Stanley Williams ser framför sig ersättning flashminnen. Halvledardiskar i petabyte storlek, ersättning av DRAM och baserat på memristorns ”analoga” natur även neurala datorer. Nyckeln är nanoteknik och memristorns fysiska natur som gör den lämpad att integreras ihop med traditionell CMOS-teknik.
Många forskargrupper arbetar med memristorn eller liknande strukturer för att skapa kompakta minneslösningar. Har Stanley Williams rätt ska HP:s samarbete med Hynix ge oss komersiella produkter redan om två år. Kanske kommer Samsungs och andra företags forskning på området också ge snabbt resultat och produkter med en helt ny och effektivare lagringsteknik. Det blir i så fall ett väldigt kliv i prestanda för lagring. Det som kallas ”More than Moore” skulle för memristorns del kunna jämföras med tjugo år av utveckling enligt Moores lag. Sådär en femtontusen gånger högre lagringstäthet än vad vi har idag.

Öppet men dyrt
Det ska väl också sägas att även om forskningen och resultaten enligt HP Laboratories är öppna så krävs det en halvledarfabrik med kapacitet att producera strukturer i nanometerområdet.
En lätt, för ett ringa fåtal, investering på 25 miljarder kronor.

Filed under: Jan Zettergren, Linuxspalten