Новый путь для дальнейшего наращивания производительности микросхем открыли специалисты лабораторий Hewlett-Packard (HP Labs). Они впервые на практике доказали работоспособность гибридных логических схем, составленных из мемристоров и транзисторов.

Мемристор (memristor) — "потерянное звено" в теории электроники – был создан в тех же HP Labs около года назад (мы рассказывали об этом знаменательном событии и о самом элементе).

Ныне американские учёные впервые построили гибридную схему, в которой взаимодействовали транзисторы и мемристоры. Было показано, что такая комбинация работает как маршрутизатор сигналов и как память. Причём в некой комбинации схема получила возможность перенастраивать себя, проявляя определённые свойства "самопрограммирования".

Авторы работы отмечают, что необычные электрические свойства одного нелинейного сопротивления с памятью можно имитировать при помощи набора транзисторов, но их в таком случае понадобится не менее десятка штук. А это означает, что микросхемы вполне классического устройства можно усовершенствовать, заменив часть логических цепей и часть памяти мемристорами.

Такой чип будет соответствовать по производительности исходному прототипу, но в нём будет меньше элементов, а значит — они будут занимать меньшую площадь и тратить меньше энергии.

Экспериментальное устройство HP состоит из нескольких десятков проводков (отпечатанных методом нанолитографии) шириной 40 нанометров, выложенных в виде квадратной решётки. Между линиями, идущими по вертикали и по горизонтали, разместился 20-нанометровый слой диоксида титана. Этот сандвич образовал набор мемристоров (по одному в каждом пересечении нанопроводков).

Вокруг этой решётки был размещён массив полевых транзисторов, связанных с пересекающимися проводками набором проводящих дорожек.

А) микрофотография экспериментальной гибридной схемы. В центре двух её основных частей – по одной решётке из мемристоров, по краям – наборы транзисторов, соединённых с мемристорами расходящимися "лучами" (на врезке показана условная раскладка этих элементов). B) один из массивов мемристоров, как он виден под электронным микроскопом (фото Hewlett-Packard Laboratories).

Эту схему проверили на выполнение основных логических функций, при этом выходные сигналы с одних мемристоров усиливались транзисторами и направлялись на другие мемристоры, что обеспечивало самонастройку системы. (Детали этой работы можно найти в статье в PNAS.)

Данным путём, рассуждают в HP Labs, можно на десятилетия отсрочить конец знаменитого Закона Мура, описывающего рост вычислительной мощи процессоров.

Выполнять его становится всё сложнее и сложнее: уменьшение размеров отдельных элементов микросхем постепенно упирается в чисто физические ограничения, преодолеть которые можно, лишь кардинально поменяв сами основы вычислительных схем (перейдя к квантовым компьютерам, к примеру).