Luca Annunziata

La memoria del futuro: il memristore

L'anello mancante dell'elettronica. Che potrebbe cambiare per sempre il modello stesso di computer come è inteso oggi. Arriverà sul mercato prestissimo, spazzando via DRAM e stato solido

Roma - L'aveva previsto Leon Chua nel 1971: oltre a induttore, resistore e condensatore, nei circuiti poteva e doveva esserci altro. Le sue brillanti equazioni matematiche lo prevedevano, ma fino ad oggi del memristore - così era stato soprannominato il quarto elemento fantasma, unendo le parole memoria e resistore - non c'era traccia. Ora, invece, i ricercatori degli HP Labs sembrano avercela fatta: con un articolo pubblicato su Nature hanno annunciato di aver finalmente individuato una tecnica per costruire dispositivi in grado di riprodurre il comportamento di un memristore, e di essere pronti ad invadere il mercato con questa tecnologia entro pochi anni.

Immagine al microscopio di una batteria di memristori"Scoprire qualcosa di nuovo e allo stesso tempo così importante in un settore così maturo come l'ingegneria elettrica è una bella sorpresa" commenta soddisfatto R. Stanley Williams, a capo del Quantum System Lab che ha costruito il prototipo: "Realizzando un modello matematico per la fisica del memristore, HP Labs ha reso possibile lo sviluppo di circuiti integrati che potranno migliorare drasticamente le performance e l'efficienza energetica di PC e datacenter". Da parte sua Chua, che ora ha 71 anni e ha dovuto attenderne 37 per vedere dimostrate le sue teorie, si dice entusiasta: "Non avrei mai pensato di vivere abbastanza a lungo da vedere tutto questo realizzarsi. Sono elettrizzato, perché tutto questo è la dimostrazione che non si era trattato solo di un parto della mia immaginazione".

Un memristore è una sorta di resistore variabile: in base alla quantità e al verso della corrente che lo attraversa è in grado di variare la propria resistenza, secondo una legge precisa caratterizzata dalle sue proprietà fisiche. La vera particolarità del memristore, tuttavia, è la capacità di ricordare: anche se disattivato, se privato dell'alimentazione, nel dispositivo resta una traccia dello stato precedente, prontamente disponibile una volta venga di nuovo chiamato in causa.
Per costruire un memristore, o meglio una batteria di memristori, Williams e il suo team si sono avvalsi della loro esperienza nel campo della nanotecnologia: una serie di nanocavi di platino vengono intersecati da un altro minuscolo filamento dello stesso materiale, ed interfacciati nella giunzione da un sottile strato di biossido di titanio. Quello mostrato in foto altro non è che un circuito formato da 17 memristori, lunghi circa 50 nanometri ciascuno.

Combinando questo tipo di dispositivi con il concetto di crossbar latch, introdotto dalla stessa HP nel 2005, i ricercatori si dicono certi di poter in pochi anni stravolgere per sempre il mercato delle memorie: DRAM, magnetiche, a stato solido, tutte potrebbero venire rimpiazzate in breve, surclassate dalle caratteristiche invitanti del memristore. Ad esempio, si potrebbe aumentare di 5 o 6 volte la capacità di immagazzinamento dati per pollice quadrato rispetto alle più avanzate tecnologie in circolazione, senza incappare in fastidiosi effetti collaterali come il decadimento rapido dell'efficienza dopo alcune centinaia di migliaia di accessi, tipico delle memorie a stato solido.

Una RAM che non ha bisogno di continui refresh per immagazzinare i dati, che non si cancella allo spegnimento del computer, sarebbe a portata di mano: niente più boot, niente più perdita di dati in caso di mancanza di alimentazione. Senza contare l'enorme risparmio energetico: quando non è utilizzato, il memristore può essere tranquillamente spento riducendo al minimo i consumi. Anche l'attuale architettura di von Neumann potrebbe venire profondamente rivista, venendo meno la necessità di una memoria di massa in cui archiviare i dati: un dispositivo a memristori potrebbe fungere contemporaneamente da memoria principale e da hard disk, diminuendo drasticamente tempi di accesso e di elaborazione.

Al momento il memristore è più lento di un ordine di grandezza in termini di velocità rispetto alle DRAM, ma il suo costo produttivo e la densità di immagazzinamento potrebbero giocare un ruolo importante nella decisione delle aziende nel passaggio alla nuova tecnologia. Le doti di questi dispositivi, inoltre, potrebbero anche riservare sorprese inaspettate: i computer potrebbero scavalcare persino la classica codifica binaria, e lanciarsi verso nuovi orizzonti di computazione.

È pensabile una memoria a memristori in grado di replicare alcune funzioni dei neuroni umani per quanto attiene l'immagazzinamento dei dati, migliorando l'efficacia della macchina in compiti quali il riconoscimento di figure o nella biometria: "Invece di scrivere programmi per computer per simulare il funzionamento del cervello - spiega Williams - potremmo invece pensare ad hardware in grado di emulare quei meccanismi". Una macchina in grado di apprendere dall'esperienza, migliaia di volte più abile dei computer attuali nello svolgere alcuni tipi di compiti, che oggi sono per forza di cose ad appannaggio esclusivo degli uomini.

Per costruire un memristore non occorre alcun tipo di modifica particolare all'attuale ciclo di produzione dei dispositivi elettronici. Le attuali infrastrutture potrebbero iniziare a sfornarne in quantità in pochi mesi, e per questo, secondo Williams, sarà solo questione di tempo prima che qualcuno decida di investire e dare vita ad una nuova generazione di memorie: "La chiave sarà realizzare tutti gli strumenti necessari al design dei circuiti, e dunque trovare un settore dove impiegarli. Ma quanto tempo ci vorrà - conclude lo studioso - è più un problema di business che di tecnologia".

Se le promesse del memristore verranno mantenute, magari non sarà possibile superare davvero la legge di Moore, ma rispettarla alla lettera sarà senz'altro possibile anche negli anni a venire.

Luca Annunziata

(fonte immagine)
56 Commenti alla Notizia La memoria del futuro: il memristore
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  • Molto interessante, come tutto quello che 'stuzzica' la fantasia. le applicazioni potrebbero essere davvero tante. come quelle per sostituire pc grandi e piccini ed altro. Non sò ma questa cosa la vedo bene nel campo medico e militare, mah.. Non sono un tecnico, ma devo dire che il tutto è molto affascinante. Il problema della commercializzazione, invece si basa sulle leggi di mercato. Le grandi multinazionali che determinano in pratica il mercato non immetono nuovi ageggi se non hanno la sicurezza che siano veri affari cioè che. 1) innanzitutto non vadano a 'disturbare' altri prodotti su cui già hanno un loro prodotto ai vertici di vendita mondiale 2) che abbia un mercato sicuro 3) che abbia ampi margini di guadagno.
    non+autenticato
  • [TROLLATA]...sento puzza di "minestrone" ??? Cioè.. sto articolo mi pare una cozzaglia di cose diverse unite dal concetto di "futuribile".. memristore, architettura di von Neumann (!!), AI...

    Al confronto, persino Focus appare più rigoroso....[/TROLLATA]
  • La notizia è "Forzata" nell'ambito Informatico ma va vista
    più come una scoperta elettronica fondamentale, e che a mio
    avviso andrebbe "Vietata" la Brevettizazione.

    In pratica si è realizzato un componente Previsto ma mai
    creato nella pratica dell'elettronica e porterà cambiamenti
    non solo nell'informatica ma pure nella pratica dei
    normali circuiti e permetterà di realizzare concetti fin
    prima inrealizzabili.

    Si tratta del 4 componente basilare dell'elettronica mai
    realizzato in pratica.

    Il condensatore e l'induttanza viaggiano a braccetto
    come il resistore viaggerà a braccetto con il memristore.

    Potranno essere realizzate novità elettroniche che prima
    richiedevano un elettronica appositamente studiata con buffer di memoria....

    La pratica sarà un salto di tecnologia, con novità non
    ancora immaginabili, cerca memristor su wikipedia e avrai
    anche le formule che questo componente prevede.

    Questa scoperta non è una vera scopertà ma la
    realizzazione di un qualcosa che già si conosceva ma
    che per pratica non era applicabile.

    Vedila come la scoperta dei Quark a livello di Subatomica.
    Prima si conosceva il protone ed il neutrone...

    Ora si sa che sono la stessa cosa e la differenza sta al
    loro stato interno.
    non+autenticato
  • non mi e' chiaro cosa si intende per essere stato "previsto", forse "immaginato" come componente elettronico, piu che previsto?
    credo che le piu grosse novita potrebbero venire dall'elettronica circuitale, tenendo presente che il nuovo componente non e' binario, ma fondamentalmente analogico.
    in campo informatico finche la velocita non sara adeguata (e non ho capito se lo potra essere) non potra sostituire in blocco la memoria attuale. inoltre non ho chiaro il costo: per quanto data per morta da parecchio, la memorizzazione magnetica continua a troneggiare, grazie alle sempre nuove invenzioni (tra cui ultima la magnetizzazione verticale che avrete notato che ha decuplicato la capacita dei dischi). mi pare che la tendenza a volere memorie di massa sempre piu enormi sia una caratteristica del software, realizzato con "scatole di montaggio" sempre meno ottimizzate come spazio badando invece a risparmiare sullo sviluppo.
    non+autenticato
  • "Previsto" inteso che si sapeva che doveva esserci
    ma non si è mai stati capaci di crearne uno, se non
    con una complicata circuiteria che ne invalidava il
    possibile utilizzo pratico.

    Con una Resistenza ed un Memristor si possono fare
    circuiti oscillanti semplici, come si fa con un
    condensatore ed una induttanza, ed è li che se HP
    vuole si avranno i veri vantaggi, visto che ora la
    tabella è completa, come dovrebbe essere.
    non+autenticato
  • > Cioè.. sto articolo mi pare una cozzaglia di cose
    > diverse unite dal concetto di "futuribile"..

    La domanda sorge spontanea: devi studiare di piu'?Sorride
    non+autenticato
  • Ma solo io noto che ci stanno riempiendo da anni di nuove tecnologie e di pochissime ne abbiamo notizie? Cioè, a me pare che rivoluzioni nel campo dell'informatica non ce ne siano state a livello di produzione e consumo (non credo proprio che usare 2,3,4 processori sia una "rivoluzione", a quanto ne so in ambito server c'è da secoli). Sbaglio io, o le cose continuano a venir create, ma a non venire commercializzate? Vedo le case di produzione restie ad abbassare i prezzi per tecnologie nuove ma che sono scommesse (infatti il blu-ray oramai è affermato, e abbassano i prezzi). Cioè, vedo le aziende restie a investire, e magari a modificare almeno in parte i sistemi produttivi, in favore di tecnologie che potrebbero rivoluzionare davvero. Sarà forse che aspettano di giungere al limite con l'attuale? Sarà forse che sperano di spillarci più soldi possibili con teconologie arretrate, e poi farcene spendere altri per il lancio di qualche cosa di rivoluzionario (uno alla volta, in modo da farci cambiare pc ogni mese)? Oppure davvero tali tecnologie non sono testabili e producibili in meno di cinque anni?
    non+autenticato
  • Magari le vedessi solo tu ste coseTriste
    Wolf01
    3342
  • Si ma un server con X processori prima aveva un senso solo se rinchiuso in certi piccoli ambiti in cui era richiesta una grandissima potenza di calcolo.

    Ora sinceramente pensaci, quando giocavi a gp2 sul tuo pc, avevi bisogno di due procci? No...

    E soprattutto, sai cosa costavano al tempo 2 procci su una scheda madre? Eh tantoA bocca aperta

    Già ora non costano poco, figurati al tempo quando un hd da 5gb era da svenarsi...

    Semplicemente le tecnologie appena sviluppate hanno costi di produzione molto elevati, e soprattutto entrerebbero in un mercato non pronto per il prodotto. Per questo aspettano, xè nn gli converrebbe metterli subito sul mercato.

    Gli lcd ad esempio erano stati inventati dai militari.

    Ma anche solo pensa a internet, fatto dai militari, poi è entrato sul mercato, ma dopo... molto dp.
    non+autenticato
  • E' comunque una nuova scoperta, spesso accade che le scoperte rimangano li a fermentare negli anni prima che si capisca come utilizzarle al meglio.
    In questo caso gia' hanno delle idee in merito,quindi ne avremo presto dei benefici.
    Chissa' pero' cosa si inventeranno in futuro proprio grazie alle equazioni matematiche e alle scoperta che ne derivano.
    Peccato avere una vita troppo breve per vederle tutteSorride
    non+autenticato
  • La prima invensione sarà la Bomba Atomica che si ricorda
    quanto impulso ECM ha rilasciato nell'Ambiente...LOL
    non+autenticato
  • Non sono in grado di dire se, quando e quanto questa tecnologia prenderà piede, ma ho l'impressione che l'impatto su decenni di metodologie informatiche possa essere drammatico.
    La distinzione tra memoria RAM, veloce ma volatile e "scarsa", e memoria di massa, permanente, virtualmente inesauribile, ma lenta, è uno dei capisaldi intorno cui si è sviluppata tutta la computer science, dagli albori ad oggi, sia per quando riguarda l'HW che il SW.
    Certo, tutto potrebbe funzionare tale e quale, immaginando semplicemente un grosso file che simula l'attuale RAM, ma in realtà ci sarebbero spazi di ottimizzazione tali per cui tutti i sistemi operativi e tutti gli applicativi andrebbero probabilmente riscritti da tabula rasa.
    Basti pensare, per avere un'idea, che un comando come il banalissimo "File-Salva" scomparirebbe, o cambierebbe completamente di senso.
    non+autenticato
  • > Basti pensare, per avere un'idea, che un comando
    > come il banalissimo "File-Salva" scomparirebbe, o
    > cambierebbe completamente di
    > senso.
    Perché secondo te non sarà possibile non salvare i dati?
    non+autenticato
  • - Scritto da: blob
    > > Basti pensare, per avere un'idea, che un comando
    > > come il banalissimo "File-Salva" scomparirebbe,
    > o
    > > cambierebbe completamente di
    > > senso.
    > Perché secondo te non sarà possibile non salvare
    > i
    > dati?

    A quel punto bisognerebbe riscriverci sopra alla chiusura
    del file per evitare che resti in memoria.
    non+autenticato
  • A dire il vero il tipico file salva server per portare i dati da uno stato "indefinito" a uno stato "definito"
    Per intenderci se scrivi una relazione finchè è in modifica è un file volubile ma comunque un file esistente temporaneo e salvato non perfo roza ed esclusivamente in ram.
    (Word ogni volta che premi un tasto salva la modifica).
    Di certo c'è invece che semplificherebbe la vita a qualunque sistema operativo e/o programmatore un sistema dove elaborare i dati non significa prendersi anche la bega di trascriverli ma bensì si tratta di un unico passo.
    In quanto non lavori in ram per poi trasferire su disco ma lavori in memoria e punto.
    Tutto il discorso ovviamente tiene se queste memorie verranno usate come sostitutivo della RAM.

    Un metodo di impiego a mio dire abbastanza limitante.
    Un materiale capace di immagazzinare gli stati permette di avere una capacità di memorizzazione su qualsiasi oggetto di tutti i giorni. Non solo di riaccendere un pc in meno di un secondo.
    non+autenticato
  • Scusa ma ho letto il thread solo oggi...

    il fatto che la memoria volatile non sia piu` volatile non significa assolutamente nulla di particolarmente rivoluzionario: tant'e` vero che e` da sempre possibile l'ibernazione. Avere un'unico tipo di memoria non significa che non possa essere divisa in "compartimenti", uno dei quali puo` fare la parte della memoria di lavoro e l'altro di quella di massa, con tanto di ulteriori partizioni. La comparsa del memristore porterebbe vantaggi ma nessuna "tabula rasa" dell'architettura precedente: quasi sicuramente si andra` avanti con la rappresentazione binaria dei valori e con la logica booleana ancora per molto, molto tempo. Da parte mia, prevedo che il memristore potrebbe portare grosse ottimizzazioni nello spazio occupato dai chip di memoria: un singolo dispositivo potrebbe essere in grado di rappresentare molti livelli di conduzione, non piu` solo zero o uno; al limite, un memristore potrebbe rappresentare tutti e 256 gli stati di un byte attuale, in maniera retrocompatibile ma con otto volte meno elementi. Oppure essere usato per la fuzzy logic. O nelle reti neurali articifiali. Ne vedremo senz'altro delle belle, anche se probabilmente ci vorranno anni.

    ps.
    anche i q-bit sono buoni a poco o niente, quando si tratta di sostituire l'attuale (e futura) architettura dei computers.
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