HP ontwikkelt nieuw geheugenelement

Onderzoekers van Hewlett-Packard claimen een nieuw type geheugenelement te hebben ontworpen. De ontdekking kan er mogelijk toe leiden dat het onderscheid tussen werkgeheugen en vaste opslag verdwijnt.

Voor iedere natuurkundestudent zal het gesneden koek zijn: een elektrisch netwerk bestaat uit drie passieve elementen: een weerstand, een condensator en een inductor. Al in 1971 maakte Leon Chua van de Universiteit van Californië echter een wiskundig model voor een vierde element: een memristor. Bijna 40 jaar later is het onderzoekers van HP gelukt een werkend exemplaar te maken. Stan Williams, hoofd van HP's Quantum Science Research-afdeling, en zijn team publiceren hun onderzoek deze week in het vooraanstaande wetenschappelijke blad Nature.

Kort gezegd is een memristor - een afkorting van memory resistor - een weerstand met geheugen. De weerstand van een memristor hangt af van de hoogte van en de tijd die het element bloot staat aan een bepaalde spanning. De weerstand van een memristor daalt omgekeerd evenredig met de spanning die over het element wordt aangebracht. Daarnaast daalt de weerstand naarmate hij langer onder spanning staat. Dit betekent dat een memristor kan onthouden welke waarde het heeft, zelfs als het apparaat waar de memristor deel van uitmaakt, uitgeschakeld wordt.

Hoewel de theorie simpel lijkt, kostte het daadwerkelijk bouwen van een memristor behoorlijk veel moeite. Een memristor is opgebouwd uit een microscopisch dunne halfgeleider van titaniumdioxide en twee dunne lagen platina. Het hele component mag slechts 5 nanometer groot zijn - tienduizend keer dunner dan een menselijke haar. Zodra een memristor groter is gedraagt hij zich als een normale weerstand waarbij er een vaste verhouding is tussen de spanning en de stroom die vloeit. Dit verklaart ook waarom het 37 jaar heeft geduurd voordat de theorie van Chua bewezen kan worden: de componenten waren simpelweg te groot.

Naast de problemen met de grootte had het team aanvankelijk ook moeite de achtergronden van het model van Chua te begrijpen. Volgens Williams waren de wiskundige principes erg complex. Chua zelf is het hier niet helemaal mee eens: 'De theorie is niet erg ingewikkeld. Het probleem is dat het model volledig indruist tegen wat mensen als vanzelfsprekend beschouwen'.

Volgens Chua zullen memristors een grote rol gaan spelen in de computerindustrie. In de computers die we tegenwoordig kennen worden gegevens bij het booten van een harde schijf in het veel snellere werkgeheugen geladen. Als het werkgeheugen op basis van memristors ontworpen wordt is dit niet nodig. De memristors zullen immers alle gegevens bewaren, ook als de computer uitgeschakeld wordt. Naast dit voordeel zullen computers met memristors aanzienlijk minder stroom verbruiken en niet meer gevoelig zijn voor stroomuitval. Overigens zullen niet alleen computers kunnen profiteren van de nieuwe technologie. Voor alle apparaten waarin elektronica wordt gebruikt kan de ontdekking van groot belang zijn.

Naast deze toepassingen liggen er nog meer mogelijkheden met memristors in het verschiet. Een memristor kan meerdere waarden vasthouden, en niet alleen een 0 of een 1 zoals klassieke chips. Dat betekent dat een memristor ook geschikt zou zijn voor toepassingen in neurale netwerken en toepassingen voor kunstmatige intelligentie. Het mag in ieder geval duidelijk zijn dat het onderzoek van het team van Williams een belangrijke doorbraak heeft opgeleverd.