Memristors rend les puces moins chères

Des industries et des domaines de recherche entiers sont consacrés à faire en sorte que, chaque année, les ordinateurs continuent de s'accélérer. Mais cette tendance pourrait commencer à ralentir car les composants utilisés dans les circuits électroniques sont réduits à la taille de quelques atomes. Les chercheurs de HP Labs à Palo Alto, en Californie, parient qu'un nouveau composant électronique fondamental - le memristor - maintiendra la puissance de l'ordinateur à ce rythme pour les années à venir.

Mise à niveau matérielle : Les chercheurs ont retiré les transistors de la couche inférieure de cette puce à base de silicium (en jaune et en bleu) et les ont remplacés par moins de memristors dans la couche supérieure (en rouge). Les memristors peuvent faire le travail des transistors mais nécessitent moins de puissance et d'espace. Selon HP, ils pourraient révolutionner la technologie des circuits intégrés et de la mémoire.

Les memristors ont été prédits pour la première fois en 1971 par le professeur de Berkeley Léon Chua . Ce sont des dispositifs à l'échelle nanométrique avec des propriétés uniques : une résistance variable et la capacité de mémoriser la résistance même lorsque l'alimentation est coupée.

Après avoir redécouvert le travail de Chua, les chercheurs de HP Labs ont construit le premier memristor fonctionnel en mai de cette année. Et la semaine dernière, au tout premier Symposium Memristor et Systèmes Memristor , à Berkeley, en Californie, la même équipe a montré comment les memristors peuvent être intégrés dans des circuits fonctionnels. Leurs circuits nécessitent moins de transistors, ce qui permet de regrouper plus de composants (et plus de puissance de calcul) dans le même espace physique tout en utilisant moins d'énergie pour fonctionner.

Nous essayons de donner un coup de pouce à la loi de Moore, déclare le chercheur principal Stan Williams , chercheur principal chez HP, faisant référence à une prédiction faite par le fondateur d'Intel, Gordon Moore, selon laquelle le nombre de transistors sur un circuit informatique (et donc les performances de l'ordinateur) devrait doubler environ tous les deux ans.

L'augmentation des performances a généralement signifié la réduction des composants afin qu'ils puissent être emballés davantage sur un circuit. Mais à la place, l'équipe de Williams supprime certains transistors et les remplace par un plus petit nombre de memristors. Nous n'essayons pas d'entasser plus de transistors sur une puce ou dans un circuit particulier, dit Williams. Les puces hybrides memristor-transistor ont vraiment la promesse d'offrir beaucoup plus de performances.

Un memristor agit un peu comme une résistance mais avec une grande différence : il peut changer de résistance en fonction de la quantité et de la direction de la tension appliquée et peut se souvenir de sa résistance même lorsque la tension est coupée. Ces propriétés inhabituelles les rendent intéressantes à la fois d'un point de vue scientifique et technique. Un seul memristor peut exécuter les mêmes fonctions logiques que plusieurs transistors, ce qui en fait un moyen prometteur d'augmenter la puissance de l'ordinateur. Les Memristors pourraient également s'avérer être une alternative plus rapide, plus petite et plus économe en énergie au stockage flash.

Bien que la recherche sur les memristors en soit encore à ses balbutiements, HP Labs travaille sur une poignée de projets pratiques sur les memristors. Et maintenant, l'équipe de Williams a fait la démonstration d'une puce hybride memristor-transistor fonctionnelle.

Étant donné que les memristors sont constitués des mêmes matériaux que ceux utilisés dans les circuits intégrés normaux, explique Williams, il s'avère très facile de les intégrer aux transistors. Son équipe, qui comprend le chercheur HP Qiangfei Xia, a construit un réseau de portes programmables sur le terrain (FPGA) en utilisant une nouvelle conception qui comprend des memristors en dioxyde de titane semi-conducteur et beaucoup moins de transistors que la normale.

Les ingénieurs utilisent couramment des FPGA pour tester des prototypes de puces, car ils peuvent être reconfigurés pour effectuer une grande variété de tâches différentes. Cependant, pour être aussi flexibles, les FPGA sont volumineux et coûteux. Et une fois la conception terminée, les ingénieurs abandonnent généralement les FPGA pour des circuits intégrés spécifiques aux applications plus légers.

Lorsque vous décidez quelle opération logique vous souhaitez effectuer, vous basculez en fait un tas de commutateurs et de bits de configuration dans le circuit, explique Williams. Dans la nouvelle puce, ces tâches sont effectuées par des memristors. Ce que nous examinons, c'est essentiellement de retirer tous les bits de configuration et tous les commutateurs à transistors, dit-il.

Selon Williams, l'utilisation de memristors dans les FPGA pourrait aider à réduire considérablement les coûts. Si nos idées fonctionnent, ce type de FPGA changera complètement l'équilibre, dit-il.

En fin de compte, les prochaines années pourraient être très importantes pour la recherche sur les memristors. À l'heure actuelle, le plus grand obstacle à la mise sur le marché des memristors est d'avoir [si peu] de personnes capables de concevoir des circuits [à l'aide de memristors], dit Williams. Pourtant, il prédit que les memristors arriveront dans les circuits commerciaux au cours des trois prochaines années.

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