Memristor

memristor - #RevistaTino

Autor: Isabel Cristina López Sardiñas

Resumen

El presente artículo aborda un aspecto de gran interés en el campo de la electrónica. Hace un análisis del desarrollo histórico de los medios de almacenamiento hasta llegar al memristor. En este caso explica los componentes del mismo y el principio de su funcionamiento.

Palabras Claves: Memoria, inteligencia artificial, arquitecturas neuromórficas, memristor

Summary

Briefly reviewing the development of digital storage devices, in this paper we want to highlight in the Memory of Resistance, what materials are they made of? What is their operating principle? What is expected of them in the Future and because they identify with artificial intelligence?

Keywords: Memory, artificial intelligence, disks, neuromorphic architectures

Introducción

La memoria es el dispositivo que retiene, memoriza o almacena datos informáticos durante algún período de tiempo. ​La memoria brinda la posibilidad del almacenamiento de información y conocimiento. Es uno de los componentes fundamentales de la computadora, que interconectada a la unidad central de procesamiento y los dispositivos de entrada/salida y suele referirse a una forma de almacenamiento de estado sólido, conocida como memoria RAM y otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido, pero temporal. También hace referencia a formas de almacenamiento masivo, como discos ópticos, y tipos de almacenamiento magnético, como discos duros y otros tipos de almacenamiento, más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza más permanente.

Además, se refleja una diferencia técnica importante y significativa entre «memoria» y «dispositivos de almacenamiento masivo», que se ha ido diluyendo por el uso histórico de los términos «almacenamiento primario» (a veces «almacenamiento principal»), para memorias de acceso aleatorio, y «almacenamiento secundario», para dispositivos de almacenamiento masivo.

Históricamente han existido diferentes tipos de memorias digitales, a continuación, resumiremos las más representativas.

  • La Memoria de Acceso Aleatorio o RAM (acrónimo inglés de Random Access Memory), a base de semiconductores que permiten leer y escribir información. Pierde su contenido al desconectarse de la electricidad, pero es muy necesaria de conjunto con el disco duro.
  • La Memoria caché, necesaria para disminuir el tamaño de los microchips ya que son pequeña y rápida usada por la unidad central de procesamiento, almacena datos que se utilizan con más frecuencia.
  • El disco duro HDD, medio de almacenamiento por excelencia que almacena permanentemente la información.
  • Los Disquete o disco flexible (floppy). Aunque ya no se usan jugaron un papel importante por los años 80, ya que el disco duro es un componente interno de la computadora y estos por el contrario al ser externos, permitían el traslado de información digital de un lugar a otro.
  • El CD-ROM (Del inglés, Compact Disc – Read Only Memory). Disco compacto que como particularidad la información almacenada no se puede borrar, posteriormente evolucionaron hasta los reescribirles y los DVD que surgen para formato vídeo a finales de los años 90.

Todos estos dispositivos de almacenamiento tienen limitaciones en cuanto a velocidad y capacidad de almacenamiento. El surgimiento de la Memoria USB en 1998 por IBM llega para sustituir a los disquetes, al ser pequeñas y rápidas.

Pero, el desarrollo computacional demanda cada vez más de mejores dispositivos de almacenamiento y entonces surge el Memristor que es llamado informalmente el cuarto elemento básico de la electricidad.

Desarrollo

Memristor - #RevistaTino
Fig. 1. Memristor

Es un término que surge de la unión de las palabras memoria y resistor y fue creada en 1971 por el ingeniero eléctrico León Chua.

Hipotéticamente el memristor podría operar de la siguiente manera: la resistencia eléctrica del memristor no es constante, sino que depende de la historia de la corriente que ha fluido previamente a través del dispositivo; es decir, su resistencia actual depende de la cantidad de carga eléctrica que ha fluido, y en qué dirección a través de él en el pasado. El dispositivo recuerda su historia, la llamada propiedad de no-volatilidad. ​ Cuando el suministro de energía eléctrica es desconectado, el memristor recuerda su resistencia más reciente, hasta que vuelva a ser encendido.

Se utilizan en memorias nanoelectrónicas, lógica computacional y para arquitecturas computacionales del tipo Neuromórficas que tratan de procesar la información imitando la arquitectura del cerebro humano con el fin de incrementar considerablemente la capacidad de pensamiento y respuesta de un ordenador.

Se aclara que las resistencias son los componentes que más se oponen al paso de la corriente eléctrica, los condensadores almacenan cierta cantidad de electricidad y los inductores o bobinas almacenan energía en forma de campo magnético.

El memristor es una resistencia con memoria que es como una memoria flash que retiene los datos, aunque el ordenador esté apagado, o sea pueden recordar y asociar patrones de una forma similar a como lo hace las personas, consumiendo una cantidad muy inferior de energía y requiriendo muy poco material para construirse.

Funciona como cualquier elemento pasivo de un circuito que posee dos terminales con una relación entre la corriente y el tiempo o sea carga y la otra relación del voltaje y el tiempo llamado flujo. Matemáticamente hablando, la pendiente resultante de evaluar estas dos relaciones en una función se llama memristancia (M) algo similar a la resistencia variable. El memristor recuerda el último voltaje que ha tenido, y los interpreta en forma de 0 y 1, pero también en toda una gradación de estados.

Por mucho tiempo el memristor fue algo hipotético, sin ejemplos físicos, hasta el 2008, una implementación física del memristor fue divulgada en Nature, por un equipo de investigadores de HP Labs de la multinacional Hewlett Packard.

En 2011, se reconoce que los primeros memristores incluían una suposición errónea con respecto a la conducción de iones y señalaron que las ecuaciones de estado dinámico creadas para un memristor que controlado únicamente por corriente con la llamada propiedad de no-volatilidad viola el principio de Landauer de la cantidad mínima de energía requerida para cambiar estados de “información” en un sistema.

El 23 de marzo del 2012 la Universidad de Michigan anunció la primera matriz memristiva funcional integrada en un chip para aplicaciones en arquitecturas neuromórficas de computación. Ya para 2013 se demostró que un memristor puede utilizarse para imitar una sinapsis de neuronas humanas y podría ser utilizado como la base para la construcción de circuitos físicos capaces de aprender. El enfoque utiliza memristores como componentes clave en un modelo para un cerebro artificial.

La teoría memristiva se extendería nuevamente para poder describir adecuadamente a los elementos conmutativos resistivos a base de óxido-reducción.

Nugent y Molter, en febrero del 2014, presentaron una nueva forma de computación denominada “AHaH Computing la que poseían memristores como medio de almacenamiento, el hardware del futuro basado en esta tecnología puede reducir el consumo de energía de las aplicaciones de aprendizaje de máquina.

En 2015, Bio Inspired Technologies of Boise, ponen el primer memristor disponible en el mercado, fabricado en silicio y con batería de calcogenuro de plata. El dispositivo es analógico y está programado en varios estados.

O sea que estos dispositivos llamados memristor o memorias resistencias ayudarían a crear una nueva generación de ordenadores que recordarían la información, hasta en usencia de electricidad, sin contar que no se ha podido medir aún cuán rápido es.

El memristor es más eficiente que el transistor, de hecho, se puede reemplazar 10 transistores con tan solo 1 memristor. Las consecuencias serían el aumento en 10 veces de la capacidad de todos los circuitos electrónicos, ya sean PC, celulares, tablets, etc.

HP y HYnix, anuncia la fabricación de memorias creadas a partir de memrsitores, llamadas ReRAM (Resistive Random Access Memory).

Un caso particular es el Memristor de grafeno a base de óxido de grafeno. Estos deben ser más baratos y más sencillos de fabricar, con ellos se podrán imprimir rollos de láminas de plástico, serán un componente esencial en el portátil del futuro.

Conclusiones

El memristor es un término creado a partir de unir las palabras memoria y resistencia. Tiene un amplio futuro en la industria electrónica al combinar una serie de cualidades que le hacen capaz de proporcionar las características necesarias para mejorar el almacenamiento de la información digital. 

Referencias bibliográficas

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