آخرين بروزرساني اين مطلب:
March 4, 2009 11:02 PM
A) میکروگراف نوری از دو مدار nanocrossbar/transistor. شکل تکمیلی یک قطعه ی حاوی یک آرایه ی ساده را نشان می دهد.
B) اسکنی از یک ناحیه ی nanocrossbar با میکروسکوپ الکترونی
از آن جایی که پژوهش گران تلاش می کنند چگالی و کارایی عناصر مدارها را در تراشه های رايانه اي افزایش دهند، یکی از گزینه های جدید پیش روی آن ها، مقاومت حافظه دار یا ممریستور - چهارمین عنصر مداری پسیو - است. وجود اين عنصر اولين بار در سال 1971 پيش بيني شد و در سال 2008 برای اولین بار ساخته شد. ممريستورها عناصر دو سري هستند كه مقاومت آنها متناسب با مقدار جريان كل عبوري از آن ها تغيير مي كند.
با تغييرات ديناميكي در شكل تزريق به درون مواد داراي خاصيت ممريستوري، دانش مندان مي توانند رابطه ي جريان - ولتاژ قطعه، و در نتيجه مقدار مقاومت حافظه دار را كنترل كنند. از آنجايي كه ممريستورها با قطع شدن تغذيه حالت خود را حفظ مي كنند، داراي حافظه ي غير فرار هستند.
به هر حال ممريستورها عناصر پسيو هستند و بنابراین توانايي تزريق انرژي به مدار را ندارند. به همين دليل به منظور كاركرد صحيح، ممريستورها نيازمند مجتمع شدن با مداراتي هستند كه شامل عناصر اكتيو باشند، مانند ترانزيستورها كه قادر به تقويت يا سوئيچ سيگنال هاي الكترونيكي هستند. مداري كه شامل ممريستور و ترانزيستور باشد، مي تواند مزايایي چون كارايي بهتر، تعداد اجزاي كمتر و در مقابل، سطح تراشه و ميزان مصرف انرژي كمتر را هم زمان داشته باشد.
به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از فيزورگ، در جديدترين مطالعه ي گروهي از محققان آزمایشگاه های هیولت - پکارد (HP) در پالو آلتوی کالیفرنیا، برای اولین بار مداری ترکیبی، از ممریستور/ترانزیستور ساخته و ارائه شد. این گروه اثبات کردند، برنامه نویسی شرطي نانوممریستور با مدارات ترکیبی نشان می دهد که همان عناصر در یک مدار می توانند طوری شکل داده شوند که مانند یک مدار منطقی، مسیر یابی سیگنال و یا حافظه به کار روند. با تعیین مسیر سیگنال خروجی یک تابع منطقی به یک ممریستور، مدار حتی می تواند خود را دوباره شکل دهی کند. این ویژگی افق های متنوعی از مدارهای خودبرنامه ریز به روی ما می گشاید.
استن ویلیامز از اعضای گروه HP می گوید: "حداقل دوازده ترانزیستور لازم است برای این که بتوانیم عملکرد یک ممریستور را تقلید کنیم. بنابراین برای مداراتی که نیاز به نوعی نگه دارنده یا کار دیگری قابل انجام با ممریستور هستند، حداقل برای طراح امکان پذیر است که تعدادی ترانزیستور اکتیو را با یک ممریستور پسیو که بسیار کوچک تر از یک ترانزیستور است جایگزین کند. این امر با وجود کاهش تعداد ترانزیستورها، کارایی تراشه را به طور كامل حفظ می کند و از طرفی در سطح تراشه و توان مصرفی آن صرفه جویی می نماید. بنابراین تداوم معادله قانون مور براي چندين نسل، نه با کوچکتر شدن ترانزیستورها بلکه با جای گزینی آن ها با ممریستورها ممکن خواهد بود."
طرح ممریستور گروه HP شامل دو مجموعه ي 21 تایی موازي از سیم های 45 نانومتری است که از مقابل یکدیگر عبور می کنند تا یک آرایه ی عرضی به صورت صليبي را شکل دهند، این آرایه با استفاده از لیتوگرافی نانوحکی ساخته می شود. قرار گرفتن یک لایه ی با ضخامت 20 نانومتر از نیمه هادی تیتانیوم دی اکسید (TiO2) بین نانوسیم های افقی و عمودی، ممریستور را در فصل مشترک بين هر جفت سیم شکل می دهد. سپس یک آرایه از ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) آرایه ی عرضی ممریستور را احاطه می کند، آنگاه ممریستورها و ترانزیستورها توسط نشان هاي فلزي اي به یکدیگر متصل می شوند.
سپس محققان با اجرای یک تابع منطقی مقدماتی (AB+CD) از چهار ولتاژ ورودی که چهار مقدار را مشخص می کند قطعه را آزمايش كردند. این کار روی دو رديف از آرایه های عرضی ممریستور انجام شد و نتایج از راه ترانزیستورها هدایت شد. این ترانزیستورها سیگنال را تقویت کرده و به منظور برنامه ریزی، نظیر به نظیر آن را به آرایه ی ممریستور باز می گردانند. به بیان دیگر سیگنال خروجی یک تابع ساده از یک مدار ممریستوری می تواند برای برنامه ریزی دوباره ی همان ممریستور به کار رود تا عملکرد جدیدی داشته باشد.
ویلیامز هم چنین توضیح می دهد: "خودبرنامه ریزی نوعی از یادگیری محسوب می شود. بنابراین مدارهای دارای ممریستور ممکن است این ظرفیت را داشته باشند که نحوه ی انجام یک وظیفه را یاد بگیرند، نه این که برای انجام آن برنامه ریزی شوند."
همان طور که محققان توضیح داده اند، اساس ممریستورها بر این است که میزان مقاومت قطعه می تواند تغییر کند و آن مقدار باقی بماند - ودر نتیجه به خاطر سپرده شود. این خاصیت به صورت فیزیکی با حرکت بارهای مثبت ناشی از حفره های اکسیژن که در نیمه هادی Tio2 تزریق شده اند مشخص می شود. در ممریستورها ولتاژ بایاس مثبت می تواند حفره ها را از الكترود دور كند و مقاومت را افزایش دهد، برعکس ولتاژ بایاس منفی حفره ها را جذب مي كند و موجب کاهش مقاومت خواهد شد. حال اگر قطعه به همین صورت رها شود حالت خود را حداقل تا یک سال حفظ خواهد کرد.
محققان امیدوارند این نمونه ي آزمایشی از مدار ترکیبی ممریستور/ترانزیستور سرمشقی برای یکپارچه سازی بیشتر ممریستورها با استفاده از مدارهای متعارف CMOS باشد. علاوه بر این، نمایش سامانه اي که بتواند برنامه ریزی خود را تغییر دهد می تواند سرمشقی باشد برای راهی به سوی یک معماری متنوع و جدید، مانند مدارات پیوندگاهی (سيناپتيك) انطباقی.
برای اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله زیر رجوع کنید:
Borghetti, Julien; Li, Zhiyong; Straznicky, Joseph; Li, Xuema; Ohlberg, Douglas A. A.; Wu, Wei; Stewart, Duncan R.; and Williams, R. Stanley. "A hybrid nanomemristor/transistor logic circuit capable of self-programming." PNAS, February 10, 2009, vol. 106, no. 6, 1699-1703.
|
