El misterioso El cuarto elemento básico de la electrónica fue descubiertoInvestigadores de HP han resuelto los 37 años de misterio de la resistencia con memoria, el elemento perdido en la teoría fundamental de circuitos.
Cualquier persona familiarizada con la electrónica, conoce el trío de componentes fundamentales: la resistencia, el Condensador y el inductor. En 1971 un ingeniero de la Universidad de California predijo que debía haber un cuarto elemento: Una resistencia con memoria o un memristor, sin embargo nadie sabía cómo construir uno. Ahora, 37 años más tarde, la electrónica finalmente ha llegado a ser lo suficientemente pequeña como para revelar los secretos de ese cuarto elemento. Investigadores de Hewlett Packard revelaron a la revista Nature, que el memristor había estado oculto dentro de las características eléctricas de dispositivos de escala nanométrica. Ellos piensan que el nuevo elemento podría allanar el camino para las aplicaciones a corto y largo plazo, desde memorias RAM no volátiles a redes neuronales.
El memristor comienza su historia casi cuatro décadas atrás, con una idea del pionero de teorías de circuitos no lineales Leon Chua. Examinando la relación entre carga y flujo en resistencias, capacitores e inductores, en 1971, Chua postuló en un paper la existencia de un cuarto elemento llamado el Resistor con Memoria. Tal dispositivo, se imaginó, que debería proveer una relación similar entre flujo magnético y carga al que presente una resistencia entre voltaje y corriente. En la práctica, eso querría decir que actuaría como una resistencia, cuyo valor varía según la corriente pasando a través de ella y que recordaría ese valor aun después de que la corriente desaparezca.
El dispositivo hipotético fue escrito en su mayoría como una casualidad matemática. Treinta años después, el HP Senior Stanley Williams y su grupo estaban trabajando en electrónica molecular, cuando comenzaron a notar comportamientos extraños en sus dispositivos. "Estaban realizando cosas realmente extrañas, y nosotros no podíamos comprender qué" dijo Williams. Luego su colaborador Greg Snider, redescubrió el trabajo de Chua de 1971. "El dijo 'Hey muchachos, yo no sé qué tenemos, pero esto es lo que queremos'", recuerda Williams. Williams pasó muchos años leyendo y releyendo el Paper de Chua. "Fueron muchos años dándole a mi cabeza y pensando en ello." Luego Williams se dio cuenta que sus dispositivos moleculares realmente eran memristors. "Simplemente me llegó a los ojos".
La razón por la que los memristors son radicalmente diferentes a los otros elementos
fundamentales de circuitos, es que a diferencia de aquellos, estos mantienen la memoria de su pasado. Cuándo se apaga el voltaje al circuito, el memristor aun recuerda cuánto voltaje fue aplicado antes y durante cuanto tiempo. Eso es un efecto que no puede ser duplicado por ninguna combinación de circuitos de resistencias, capacitores e inductores, razón por la cual el memristor califica como elemento fundamental de circuitos.
La memoria del memristor tiene consecuencias: la razón por la cual las computadoras tienen que ser reiniciadas cada vez que son encendidas, es que sus circuitos lógicos son incapaces de mantener los bits después de que han sido apagados. Debido a que el memristor puede recordar voltajes, una computadora hecha a base de ellos podría nunca necesitar ser reiniciada. "Podrían dejar todos sus archivos de Word y hojas de cálculo abiertas, apagar la computadora, ir a tomar una taza de café o irse de vacaciones por dos semanas y cuando vuelvan encienden su computadora y todo estará instantáneamente en la pantalla exactamente cómo lo dejaron" dijo Williams.HP Labs está trabajando para fabricar memristores hechos de Dióxido de Titanio (TiO2) y otros materiales. También tienen un grupo de circuitos trabajando en la forma de integración de los memristores con circuitos de silicio en el mismo chip. Ellos aseguran que tienen un chip memristor híbrido CMOS de silicio en su labor.
Al rediseñar ciertos tipos de circuitos para incluir memristores, Williams espera obtener las mismas funciones con menos componentes, haciendo los propios circuitos menos costosos y reduciendo significativamente su consumo de poder. De hecho él espera combinar circuitos con elementos tradicionales y memristores para producir un dispositivo capaz de realizar cómputo en una forma no booleana. "No estamos anunciando que vamos a construir un cerebro, pero queremos algo que pueda realizar cómputos como uno" dijo Williams. El grupo HP está buscando también el desarrollo de una memoria a base de memristores. "Una memoria a base de memristores puede ser 100 veces más rápida que los discos magnéticos y usar mucho menos poder"
El memristor —neologismo compuesto a partir de MEMory ResisTOR, lo cual podría traducirse or resistor con memoria— fue postulado teóricamente en 1971 en un artículo publicado por el IEEE. Se trata de un componente pasivo cuya principal característica sería, sobre el papel, que podría almacenar de forma permanente un estado físico en función de la señal eléctrica aplicada sobre él.
De esta manera, dicho componente sería capaz de guardar información en forma de estado/no estado, o sea, de ceros y unos, lo que constituye la base física de las memorias de los equipos electrónicos de todo tipo. Conviene tener en cuenta que, en la época en que salió este paper, las memorias eran artilugios grandes, pesados y caros. Sobre el papel, una memoria permanente basada en memristores usando los mismos procesos fabriles que servían para fabricar componentes pasivos integrados sería barata y de pequeño tamaño. El autor del paper, Leon Chua, de la Universidad de Berkeley, incluso llegó a construir un modelo de su componente solo para demostrar que, matemáticamente, funcionaba. Estaba formado por componentes activos, por lo que no servía como prototipo para el desarrollo del memristor como equipo de serie.
El memristor de estado sólido construido en los laboratorios de HP consiste en dos placas de material, dióxido de titanio, dopado para que sea conductor sólo en una de estas placas. Por tanto, cada una de las placas presenta unas características de resistencia eléctrica bien definidas por una frontera física. Al aplicar una corriente, los dopantes cambian de posición, de manera que la frontera entre una y otra placa cambia de lugar, lo que implica que la resistividad del componente en su conjunto varía. Esta variación de la resistencia ofrecida por el memristor persiste aunque ya no se le aplique corriente eléctrica. Tal como se han descrito los trabajos de HP, el memristor, al ser atravesado por una señal eléctrica de polaridad inversa a la primera, recupera su estado originario de resistividad. Con ello cabe la posibilidad teórica del borrado de memorias hechas con memristores y por tanto, que sean reutilizables.
17 memristores en fila, formados cruzando 17 nanohilos de platino y con una finísima capa de dióxido de titanio incrustada en cada juntura. Cada hilo mide 50 nanometros de ancho.Otra aplicación práctica que se ha adelantado es la de construir con memristores memorias con los datos suficientes para permitir el arranque de equipos electrónicos con determinados parámetros de funcionamiento. Esperan de esta manera ahorrar energía y tiempo de proceso en los actuales modelos de arranque y carga del sistema operativo para ordenadores y otros dispositivos operados mediante software.
Sin embargo, esto es sólo la punta del iceberg. Stanley Williams, el ingeniero de HP que ha liderado el proyecto del memristor, recogió el trabajo de Chua cuando se dio cuenta de que sus experimentos arrojaban resultados curiosos y en cierto modo divertidos, esto es, que no estaban previstos por las soluciones de las ecuaciones de Maxwell para los demás tipos de componentes pasivos, de lo que dedujo, tras analizar los resultados a la luz del trabajo de Chua, que había dado con el memristor. Son precisamente estas nuevas soluciones a las ecuaciones de Maxwell las que hacen interesante el nuevo componente.
Por el momento, la dificultad para su construcción en serie y su integración en circuitos de estado sólido con otros componentes es que, a diferencia de los demás componentes pasivos, cuyos parámetros de funcionamiento en un circuito no dependen del tiempo que incide sobre ellos la señal eléctrica, el memristor sí es dependiente del tiempo. No obstante, Williams ha declarado que ya tienen en su laboratorio un banco de pruebas para experimentar la integración del memristor con otros componentes, activos y pasivos, sobre el mismo sustrato y/o formando parte del mismo circuito. Es optimista acerca de próximos usos comerciales del descubrimiento.
Desarrollan nuevos chips de memoria nanointeligentes
El dispositivo, llamado memristor, será utilizado para fabricar chips de memoria extremadamente densos que utilizan mucho menos energía que los chips de memoria...
Algo potencialmente más tentador es la capacidad de los memristors de almacenar y recuperar una amplia gama de valores intermedios, y no sólo los binarios 1 y 0 utilizados por los chips convencionales. Esto les permite funcionar como sinapsis biológicas y los hace ideales para muchas aplicaciones de inteligencia artificial que van desde visión de máquinas hasta entendimiento del habla.
Investigadores independientes señalaron que era probable que el memristor fuera aplicado de manera relativamente rápida a memorias de computadora, pero que otras aplicaciones podrían resultar más desafiantes. Por lo general, los avances tecnológicos no son adoptados a menos que ofrezcan grandes ventajas en costo o desempeño frente a las tecnologías que reemplazarán."Todavía no está claro si resultará útil para otras aplicaciones a gran escala", dijo Wolfgang Porod, director del Centro de Nano Ciencia y tecnología de la Universidad de Notre Dame.
Esta tecnología seguramente será rápidamente comercializada, comentó R. Stanley Williams, director del grupo de investigación de ciencia cuántica de Hewlett-Packard.El memristor fue pronosticado en 1971 por Leon Chua, un ingeniero eléctrico de la Universidad de California, Berkeley.
No obstante, el ingeniero dejó de trabajar en su idea durante varias décadas y fue tomado por sorpresa cuando fue contactado por los investigadores de Hewlett-Packard hace varios meses.El trabajo teórico original realizado por Chua fue presentado en el ensayo "Memristor, el elemento de circuito faltante".
El ensayo afirmaba que a la teoría electrónica básica de los tres elementos de circuito básicos -resistencias, condensadores e inductores-, le hacía falta un cuarto elemento.Por su parte, el equipo de investigación de Hewlett-Packard tituló a su ensayo "El encuentro del Memristor perdido".Debido a que el concepto del memristor fue desarrollado hace casi 40 años por Chua, ya es parte del dominio público, pero los científicos de Hewlett-Packard solicitaron patentes que cubren su versión funcional del dispositivo.
El memristor, futura revolución de la electrónica
Un equipo de científicos del Quantym Systems Lab, el laboratorio de nanotecnologías de Hewlett Packard, ha desarrollado un cuarto tipo de circuito electrónico --además de los condensadores, resistencias e inductores-- que tiene capacidades cualitativamente distintas y que podría ser considerado una resistencia con memoria. Este elemento, teorizado en 1971 por Leon Chua, es conocido como memristor y permitiría aumentar enormemente las posibilidades de las actuales memorias de los ordenadores.
Los ordenadores actuales pierden la información cada vez que se corta la alimentación. Un ordenador que utilizase memorias basadas en el memristos consumiría menos energía puesto que se podría continuar accediendo a su contenido sin alimentación. Sería, asimismo, más rápido pues evitaría el trasiego de elementos de almacenaje magnéticos. Esto sería determinante en los grandes servidores dotados de muchos terabytes de memoria.
El equipo de HP asegura que las prestaciones del memristos aumentan con la miniaturización. Ha sido necesario dominar el empleo de naopartículas para poder construir este primer circuito electrónico, de un tamaño de 15 nanómetros, 150 veces el tamaño de un átomo. HP concibe la posibilidad de obtener componentes aún más pequeños
Los científicos indican además que según la velocidad que se imprima al memristor, puede comportarse de modo digital o bien analógico. En este caso, se parecería al modo que se comportan las sinapsis del cerebro humano. Ello abriría nuevos caminos para obtener sistemas de inteligencia artificial que funcionasen como un cerebro humano, pero con un tamaño no limitado a la cavidad craneal.
Los ordenadores actuales pierden la información cada vez que se corta la alimentación. Un ordenador que utilizase memorias basadas en el memristos consumiría menos energía puesto que se podría continuar accediendo a su contenido sin alimentación. Sería, asimismo, más rápido pues evitaría el trasiego de elementos de almacenaje magnéticos. Esto sería determinante en los grandes servidores dotados de muchos terabytes de memoria.
El equipo de HP asegura que las prestaciones del memristos aumentan con la miniaturización. Ha sido necesario dominar el empleo de naopartículas para poder construir este primer circuito electrónico, de un tamaño de 15 nanómetros, 150 veces el tamaño de un átomo. HP concibe la posibilidad de obtener componentes aún más pequeños
Los científicos indican además que según la velocidad que se imprima al memristor, puede comportarse de modo digital o bien analógico. En este caso, se parecería al modo que se comportan las sinapsis del cerebro humano. Ello abriría nuevos caminos para obtener sistemas de inteligencia artificial que funcionasen como un cerebro humano, pero con un tamaño no limitado a la cavidad craneal.
El dispositivo, llamado memristor, será utilizado para fabricar chips de memoria extremadamente densos que utilizan mucho menos energía que los chips de memoria actuales o DRAMs. Los fabricantes de chips actuales están llegando rápidamente al límite de las dimensiones más diminutas que pueden tener los chips.
El memristor, una resistencia eléctrica con propiedades de memoria, también podría abrir la posibilidad de crear circuitos lógicos avanzados, un tipo de chips reprogramables conocidos como Field Programmable Gate Array -dispositivos semiconductores que contienen bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad se puede programar-, que son ampliamente utilizados para la rápida creación de prototipos de nuevos circuitos y para chips hechos a la medida que requieren de una rápida manufactura.
El memristor, una resistencia eléctrica con propiedades de memoria, también podría abrir la posibilidad de crear circuitos lógicos avanzados, un tipo de chips reprogramables conocidos como Field Programmable Gate Array -dispositivos semiconductores que contienen bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad se puede programar-, que son ampliamente utilizados para la rápida creación de prototipos de nuevos circuitos y para chips hechos a la medida que requieren de una rápida manufactura.
Algo potencialmente más tentador es la capacidad de los memristors de almacenar y recuperar una amplia gama de valores intermedios, y no sólo los binarios 1 y 0 utilizados por los chips convencionales. Esto les permite funcionar como sinapsis biológicas y los hace ideales para muchas aplicaciones de inteligencia artificial que van desde visión de máquinas hasta entendimiento del habla.
Investigadores independientes señalaron que era probable que el memristor fuera aplicado de manera relativamente rápida a memorias de computadora, pero que otras aplicaciones podrían resultar más desafiantes. Por lo general, los avances tecnológicos no son adoptados a menos que ofrezcan grandes ventajas en costo o desempeño frente a las tecnologías que reemplazarán.
“Todavía no está claro si resultará útil para otras aplicaciones a gran escala”, dijo Wolfgang Porod, director del Centro de Nano Ciencia y tecnología de la Universidad de Notre Dame.
Esta tecnología seguramente será rápidamente comercializada, comentó R. Stanley Williams, director del grupo de investigación de ciencia cuántica de Hewlett-Packard.
El memristor fue pronosticado en 1971 por Leon Chua, un ingeniero eléctrico de la Universidad de California, Berkeley.
No obstante, el ingeniero dejó de trabajar en su idea durante varias décadas y fue tomado por sorpresa cuando fue contactado por los investigadores de Hewlett-Packard hace varios meses.
El trabajo teórico original realizado por Chua fue presentado en el ensayo “Memristor, el elemento de circuito faltante”.
El ensayo afirmaba que a la teoría electrónica básica de los tres elementos de circuito básicos -resistencias, condensadores e inductores-, le hacía falta un cuarto elemento.
Por su parte, el equipo de investigación de Hewlett-Packard tituló a su ensayo “El encuentro del Memristor perdido”.
Debido a que el concepto del memristor fue desarrollado hace casi 40 años por Chua, ya es parte del dominio público, pero los científicos de Hewlett-Packard solicitaron patentes que cubren su versión funcional del dispositivo.
Investigadores independientes señalaron que era probable que el memristor fuera aplicado de manera relativamente rápida a memorias de computadora, pero que otras aplicaciones podrían resultar más desafiantes. Por lo general, los avances tecnológicos no son adoptados a menos que ofrezcan grandes ventajas en costo o desempeño frente a las tecnologías que reemplazarán.
“Todavía no está claro si resultará útil para otras aplicaciones a gran escala”, dijo Wolfgang Porod, director del Centro de Nano Ciencia y tecnología de la Universidad de Notre Dame.
Esta tecnología seguramente será rápidamente comercializada, comentó R. Stanley Williams, director del grupo de investigación de ciencia cuántica de Hewlett-Packard.
El memristor fue pronosticado en 1971 por Leon Chua, un ingeniero eléctrico de la Universidad de California, Berkeley.
No obstante, el ingeniero dejó de trabajar en su idea durante varias décadas y fue tomado por sorpresa cuando fue contactado por los investigadores de Hewlett-Packard hace varios meses.
El trabajo teórico original realizado por Chua fue presentado en el ensayo “Memristor, el elemento de circuito faltante”.
El ensayo afirmaba que a la teoría electrónica básica de los tres elementos de circuito básicos -resistencias, condensadores e inductores-, le hacía falta un cuarto elemento.
Por su parte, el equipo de investigación de Hewlett-Packard tituló a su ensayo “El encuentro del Memristor perdido”.
Debido a que el concepto del memristor fue desarrollado hace casi 40 años por Chua, ya es parte del dominio público, pero los científicos de Hewlett-Packard solicitaron patentes que cubren su versión funcional del dispositivo.
Por fin una noticia, donde no hay que esperar 10 años para ver si se hace realidad.El artículo de la Wikipedia está muy completo y resuelve algunas dudas que tenía, como por ejemplo ¿Cómo leer su valor sin reprogramar el dispositivo? Dicen que usando corriente alterna.
Pero quedan todavía preguntas sin resolver ¿Hasta qué tiempo o cuántas veces pueden ser leídas, sin que el contenido se borre? o como pasa con las memorias EEPROM actuales ¿Cuál es su ciclo lectura/escritura hasta que se destruyan?Pero ya que existe un dispositivo de prueba real, aunque no ha sido presentado, vamos a tener la esperanza de que incluso tenga una durabilidad superior a los dispositivos actuales, apenas es un anuncio, ahora es que la cosa comienza.Ahora bien, ¿cuáles son las implicaciones reales de este nuevo dispositivo?Tamaño: estamos hablando de un dispositivo realizado a nivel atómico y con alta precisión.Consumo de energía: por lo anterior deducimos que su máximo consumo será inferior al de cualquier dispositivo actual y debido a que es un dispositivo pasivo, o sea que realmente no necesita energía para funcionar, pues cuando esté en reposo o modo lectura necesitará una cantidad de energía despreciable o ninguna.Analógico y digital: aunque se le ha dado usos experimentales en el campo de la electrónica digital, la realidad es que el Memristor es por naturaleza un dispositivo con comportamiento lineal, pero que tomando dos valores extremos pueden representar el famoso 0 y 1.Pero hay más, se podrían usar conjuntamente llevando al procesamiento digital de señales (DSP) a un nivel superior, un ejemplo de diseño:
memorias superconductoras. Todo ese detalle llegó a mi memoria al leer la publicación “The Mysterious Memristor” de IEEE Spectrum de mayo de 2008 [1].Resulta que en una publicación de “IEEE Transactions on Circuit theory” de 1971 [2], Leon Chua postula la existencia de un 4to elemento fundamental en circuitos, el memristor o memresistor, nombre tomado de “memory y resistor”. Tal dispositivo se deduce a partir de las relaciones matemáticas entre los elementos básicos de un circuito, donde las 4 cantidades: carga, corriente voltaje y flujo magnético, se pueden relacionar una y otra en 6 formas, la sexta que hace aparecer al memristor es la que relaciona la carga con el flujo. En la citada publicación se presenta una interpretación de tales relaciones matemáticas en términos de una expansión cuasi estática de las ecuaciones de Maxwell.
En 2008 Stanley Williams y su grupo de investigación de Hewlet Packard, llegan a tal dispositivo al trabajar con electrónica molecular. Ellos encontraron un memristor ideal en el TiO2 (dióxido de titanio). El siguiente paso de HP será integrar tales dispositivos a sustratos de silicio. Los memristores podrán entre otras cosas emular el trabajo de la sinapsis, y quizá estemos a la entrada de las futuras computadoras que ya no usen la lógica binaria, se abrirá un mundo de aplicaciones.
En 2005 Leon Chua recibió el “IEEE Gustav Robert Kirchhoff Award” [3], “por sus contribuciones a los fundamentos de la teoría de circuitos no lineales y por inventar el Circuito Chua y las redes celulares”.El premio fue creado en 2003 y se dio por primera vez en 2005. Agregar un nuevo dispositivo eléctrico básico implica agregar una propiedad básica.
¿Qué hace al memristor el 4to elemento básico? Recordemos que todo dispositivo semiconductor, puede ser modelado con base en los elementos de circuito eléctrico básico. El memristor es el 4to elemento básico ya que no puede ser modelado con base en combinación alguna de los otros 3 (resistor, capacitor e inductor). La electrónica actual emplea básicamente tecnologías de transistores con base en RTL, TTL, ECL, CMOS, en las que los propios transistores se hacen con base en resistores, es posible entonces que para aplicaciones de memorias se haga popular desarrollar a las lógicas anteriormente citadas con base en RRL (Lógica Resistor, Resistor) y con base en ellos se desarrollen el resto de los circuitos. En conclusión se ve en el horizonte la construcción en gran escala de transistores con base en memristores y con ello, se obtendrán circuitos integrados y por tanto procesadores más potentes, de modo que podremos ver tecnológicamente como se sigue cumpliendo con la ley de Moore. Sin duda para quienes hayan creído que nada nuevo habría en la teoría de circuitos, profesores y estudiantes de tales cursos tendrán que actualizarse y habrá más diversión con la hermosa poesía matemática y más música en los laboratorios. Ya se tratarán circuitos de 2 puertos y redes RCLM. Habrá mucho trabajo para actualizar los libros de teoría.
Memristor’ Uno de los pasos más significativos de los laboratorios HP ha sido probar la existencia de Memristor, un descubrimiento que podría dar lugar a sistemas informacionales mucho más eficientes desde el punto de vista energético y permitir memorias que “no olviden”. Memristor es el cuarto elemento fundamental de los circuitos electrónicos, inicialmente teorizado hace 37 años por Leon Chua, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Berkeley. Tras meses trabajando en la aportación de Chua, el grupo de investigación en nanotecnología de HP Labs, liderado por R. Stanley Williams, publicaba en abril de este año un artículo en la revista Nature en el que revelaba el modelo matemático y la fórmula física de Memristor. Una de las aplicaciones de esta investigación es el desarrollo de una nueva memoria que podría llegar a remplazar las actuales memorias DRAM. A diferencia de éstas, los sistemas basados en Memristor podrían retener la información incluso tras haberse apagado el sistema como ocurre con las memorias de disco duro.La luz reemplaza al cobre Otro ámbito en el que se está investigando es en reemplazar las conexiones de cobre entre los blade, placas y chips con lo que se conoce como photonics. El cobre es un material cada vez más caro y escaso, y su extracción más problemática desde el punto de vista medioambiental. Sin embargo, la luz no sólo no acarrea estos problemas, sino que utilizarla para realizar las interconexiones entre los circuitos electrónicos ofrece un rendimiento mayor y permite importantes ahorros energéticos.
Recientemente HP ha celebrado su primer Photonic Interconnect Forum, en el que ha reunido a científicos procedentes del mundo universitario y empresarial para tratar de hacer llegar esta tecnología al mercado posiblemente el año que viene. No obstante, se necesitará algo más de tiempo para comenzar a generalizar el uso de esta tecnología. Terry Morrys, científico de HP, asegura que cambiar a servidores que usen conexiones ópticas podría reducir en un 40% el uso energético que se consume anualmente en el mundo en 2016.
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