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Memristor: il quarto elemento

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Memristor:i componenti elettronici passivi comunemente noti sono: resistore, condensatore, ed induttore. Già negli anni '70, tuttavia, fu teorizzata l'esistenza di un quarto componente, il memristor, che come dice il nome stesso è in pratica un resistore variabile dotato di memoria. Vediamo più in dettaglio le caratteristiche di questo componente, ed i recenti progressi compiuti da HP su questo tema.

Nel 1971, Leon Chua, a quel tempo ingegnere e pioniere della teoria dei circuiti non lineari all'Università di Berkeley (California), predisse l'esistenza di un nuovo componente elettronico, il memristor, in pratica una resistenza dotata di memoria, capace cioè di "ricordare" l'ultimo valore di resistenza impostato, anche dopo aver rimosso l'alimentazione. Per molti anni, tuttavia, nessuno fu mai in grado di realizzare il memristor, fino a poche settimane fa, quando HP ha annunciato di avere realizzato il primo memristor funzionante.

Un gruppo di ricercatori di HP Labs (Palo Alto, California) ha infatti compiuto dei significativi progressi relativamente alla realizzazione dei memristor: questi componenti sarebbero infatti in grado di mantenere l'informazione (quindi avere funzione di memoria) senza richiedere l'alimentazione elettrica; sarebbero inoltre più piccoli e semplici degli attuali transistor, candidandosi pertanto come la logica evoluzione nel settore dell'elettronica di commutazione.

I recenti risultati ottenuti da HP riguardano principalmente la velocità di commutazione, che ora è comparabile a quella dei transistor tradizionali, senza per questo pregiudicare il livello di affidabilità del componente. I ricercatori di HP Labs stanno pensando ad un utilizzo dei memristor in strutture (array) di memoria tridimensionali, composte da migliaia di switch connessi in configurazioni ad elevatissima densità, molto superiore a quella delle attuali configurazioni a 2 dimensioni.

L'attuale tecnologia elettronica nel campo dei semiconduttori si attesta tipicamente intorno ai 30-40 nm, con qualche piccolo progresso nella direzione della costante miniaturizzazione. La tecnologia impiegata nella realizzazione dei memristor, per contro, è già ora in grado di realizzare componenti da soli 3 nanometri, e con tempi di commutazione on/off dell'ordine del nanosecondo.

I ricercatori HP stimano infatti che l'utilizzo dei memristor consenta entro tre anni di raggiungere una densità di memoria dell'ordine di 20 Gb per centimetro quadrato. Questo importante risultato spiana la strada per l'utilizzo dei memristor nei computer che potrebbero essere disponibili nei prossimi anni: immaginate ad esempio un computer in grado di eseguire il boot in meno di 5 secondi (i memristor possono mantenere l'informazione anche senza alimentazione e quindi memorizzare lo stato del PC quando quest'ultimo viene spento). Non solo, i memristor permettono di realizzare componenti con dimensioni più piccole degli attuali, e con un consumo inferiore.

Secondo Chua, nel memristor esiste una relazione tra flusso magnetico e carica del tutto analoga alla relazione esistente tra tensione e corrente in un resistore. In sostanza, il memristor si comporta come un resistore la cui resistenza varia in funzione della corrente che lo attraversa, ed in grado di mantenere memoria di questo valore anche dopo aver tolto l'alimentazione. Nelle due immagini seguenti vengono mostrati, rispettivamente, il simbolo elettrico del memristor ed un particolare del componente, realizzato con un semiconduttore con diossido di titanio:

memristor

Molto interessanti anche questi due video (in lingua inglese). Il primo è una guida che in soli 6 minuti spiega che cosa è un memristor, mentre il secondo illustra i benefici derivanti dall'utilizzo dei memristor.

Ulteriori applicazioni pratiche dei memristor riguardano l'implementazione hardware di reti neurali, fuzzy logic, e memorie non volatili fino a 1000 volte più veloci delle attuali unità di memoria a disco magnetico e con un minore assorbimento di potenza. Naturalmente, HP è molto interessata alle applicazioni del memristor nei dispositivi elettronici di largo consumo, quali cellulari, consolle per videogiochi, lettori multimediali, ed in genere qualunque dispositivo che richiede un'elevata quantità di memoria ed alimentazione a batterie.

HP News Release

 

 

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