Memristor

Vue au microscope électronique d'un circuit de 17 memristors

En électronique, le memristor (ou memristance) est un composant électronique passif. Il a été décrit comme le quatrième composant passif élémentaire, aux côtés du condensateur, de la résistance et de la bobine^[1],[2]. Le nom est formé du rapprochement des deux mots anglais memory resistor.

Un memristor stocke efficacement l’information car la valeur de sa résistance électrique change, de façon permanente, lorsqu’un courant est appliqué^[3]. Là où une résistance classique apporte une valeur stable de résistance, un memristor peut avoir une valeur élevée de résistance interprétable dans un ordinateur comme un « 1 » en termes logiques, et une faible valeur qui peut être interprétée comme un « 0 ». Ainsi, une donnée peut être enregistrée et réécrite par un courant de contrôle. Dans un certain sens, un memristor est une résistance variable qui, par la valeur de sa résistance, reflète sa propre histoire^[3].

Le memristor a été prédit et décrit en 1971 par Leon Chua de UC Berkeley, dans un écrit d'IEEE Transactions on Circuit Theory^[4].

Depuis 1971, le memristor était un composant hypothétique, aucun exemple physique n’étant connu. En avril 2008 soit 37 ans plus tard, une implémentation physique du memristor a été reportée dans le journal Nature par une équipe de chercheurs des laboratoires HP conduite par R. Stanley Williams^{[5],[6],[7],[8]}.

Physique

Le memristor est un élément dans lequel le flux électrique (ou densité de champ électrique et de courant électrique) Φ_e est une fonction de la charge électrique q qui a traversé le composant. Soit, Φ_e = Φ_e(q). Le taux de changement de flux avec la charge

$M(q)=\frac{d\Phi_B}{dq}$

est connu en tant que memristance. Ceci est comparable aux autres trois éléments fondamentaux des circuits; résistance $(R(I)=\frac{dV}{dI})$, condensateur $(\frac{1}{C(q)}=\frac{dV}{dq})$ et inductance $(L(I)=\frac{d\Phi_B}{dI})$. Ici q est la charge électrique, I est le courant électrique, V est le potentiel électrique et Φ_B est le flux magnétique.

Comme par ailleurs $V=\frac{d\Phi_B}{dt}$ et $I=\frac{dq}{dt}$, il en résulte que la tension V aux bornes du memristor est liée au courant I par la valeur instantanée de la memristance:

$V(t) = M(q(t)) I(t) \,$

Ainsi à chaque instant donné, un memristor se comporte comme une résistance ordinaire. Cependant, sa "résistance" M(q) dépend de l’histoire du courant. Un memristor linéaire (celui pour lequel M est constant) n’est pas différentiable d’une résistance linéaire, avec M = R.

Types

Pile électrique

Le memristor a été utilisé pour caractériser le comportement des piles électriques^[9].

Semiconducteur

L’intérêt des memristors a été vivement repris en 2007 quand une version expérimentale de semiconducteur a été annoncée^[10],[11] par Stanley Williams^[12] de Hewlett-Packard. Un composant semi-conducteur n’a pas pu être construit jusqu’à ce que le comportement inhabituel des nanomatériaux le rende possible. HP a prototypé une mémoire à bascule/interrupteur matriciel (crossbar latch) en utilisant des composants pouvant contenir 100 gigabits dans un centimètre carré^[13]. Les mémoires flash ayant actuellement la densité la plus élevée stockent 64 Gbit dans la même surface, pour comparaison. La résistance des nouveaux composants pourrait être lue par un courant alternatif sans affecter la valeur comprise dans l’enregistrement^[14].

Samsung possède un brevet américain d’application pour un memristor similaire à celui décrit par Williams^[15].

Applications potentielles

Les memristors semiconducteurs de Williams peuvent être combinés en transistors, bien plus petits que les transistors standards. Ils peuvent également être assemblés en mémoire de masse, qui permettraient une plus grande densité de données que les disques durs (avec des temps d’accès similaires à la DRAM), remplaçant ainsi ces deux composants^[16].

Certains brevets liés aux memristors apparaissent comme incluant des applications en logique programmable^[17], en traitement du signal^[18], en réseaux neuronaux^[19], et en systèmes de contrôle^[20].

En informatique, ces composants permettraient d'écourter fortement le temps de démarrage d'un ordinateur. Comme une ampoule, l'ordinateur serait allumé quasiment instantanément et dans l'état exact de la dernière utilisation. La rapidité ultime serait atteinte avec ce composant d'après certains magazines spécialisés^[3].

Fin août 2010, Hewlett-Packard a conclu un partenariat avec le fabricant coréen de puces-mémoire Hynix (deuxième fabricant mondial de puces-mémoire, derrière son compatriote Samsung ; Hynix est né de la fusion, en 1999, des activité de puces-mémoire DRAM des conglomérats LG et Hyundai), en vue de la commercialisation, d'ici 2013, des premières puces-mémoire de type memristor (appelées communément en anglais ReRAM, c'est-à-dire Resistive Random Access Memory, ou plus simplement encore RRAM).

Références

1. ↑ Tour James, M He Tao, Electronics: The fourth element, vol. 453, 2008,  p. lire en ligne 
2. ↑ HPlabs - Demystifying the memristor
3. ↑ ^{a, b et c} R. Stanley Williams, « How We Found the Missing Memristor », IEEE Spectrum, 2008-12-01
4. ↑ Chua Leon O, Memristor—The Missing Circuit Element, vol. CT-18, 1971,  p. 
5. ↑ Strukov Dmitri B, Snider Gregory S, Stewart Duncan R, Williams Stanley R, The missing memristor found, vol. 453, 2008,  p. lire en ligne 
6. ↑ 'Missing link' memristor created, EETimes, 2008-04-30. Consulté le 2008-04-30
7. ↑ Paul Marks, « Engineers find 'missing link' of electronics », New Scientist, 2008-04-30. Consulté le 2008-04-30
8. ↑ Researchers Prove Existence of New Basic Element for Electronic Circuits -- Memristor', PhysOrg.com, 2008-04-30. Consulté le 2008-04-30
9. ↑ Chen W-K (ed.), The Circuits and Filters Handbook, 2nd ed, CRC Press 2003, ISBN 0-8493-0912-3. Chapter 12, "Circuit Elements, Modeling, and Equation Formulation"
10. ↑ Jonathan Fildes, « Getting More from Moore's Law », BBC, 2007-11-13. Consulté le 2008-04-30
11. ↑ Bulletin for Electrical and Electronic Engineers of Oregon, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Sept 2007. Consulté le 2008-04-30
12. ↑ R. Stanley Williams, HP biography
13. ↑ EETimes.com - 'Missing link' memristor created: Rewrite the textbooks?
14. ↑ Maintaining Moore's law with new memristor circuits
15. ↑ US Patent Application 11/655,193
16. ↑ Michael Kanellos, « HP makes memory from a once theoretical circuit », CNET News.com, 2008-04-30. Consulté le 2008-04-30
17. ↑ U.S. Patent 7,203,789
18. ↑ U.S. Patent 7,302,513
19. ↑ U.S. Patent 7,359,888
20. ↑ U.S. Patent Application 11/976,927

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• BBC News - Electronics' 'missing link' found 01 May 2008
• Nature News - Found: the missing circuit element 30 Apr 2008