Cientistas da Hewlett-Packard (HP) mostram avanços no projeto de uma nova classe de comutadores minúsculos capazes de substituir os transitores, e de permitir que os chips de computadores encolham para mais perto da escala atômica.
Os dispositivos, conhecidos como mem-ristores, ou resistores de memória, foram concebidos em 1971 por Leon Chua, engenheiro elétrico da Universidade da Califórnia em Berkeley, mas não foram produzidos na prática antes de 2008, no laboratório da HP em Palo Alto.
São mais simples que os transistores semicondutores hoje utilizados, podem armazenar informações mesmo na ausência de uma corrente elétrica e, de acordo com artigo publicado na revista Nature, podem ser usados tanto para processamento de dados quanto para aplicações de armazenagem.
Os pesquisadores haviam informado, em estudo anterior publicado pela revista Proceedings of the National Academy of Sciences, que haviam desenvolvido um novo método para armazenar e recuperar informações de um vasto conjunto tridimensional de mem-ristores. O esquema poderia libertar os projetistas e permitir que empilhassem milhares de comutadores em estruturas verticais, o que tornaria possível uma nova classe de dispositivos de computação ultradensos, mesmo depois que os avanços das placas bidimensionais de processamento atingirem seus limites físicos.
Os sistemas baseados em mem-ristores também oferecem a perspectiva de criar sistemas de computação analógicos que funcionem de forma mais parecida com cérebros biológicos, disse Chua.
"Nossos cérebros são compostos por mem-ristores", ele disse, em referência à função biológica das sinapses. "Temos agora o material necessário a construir cérebros reais".
Em entrevista no laboratório de pesquisa da HP, Stan Williams, físico da empresa, disse que nos dois anos transcorridos desde o anúncio de produção dos primeiros modelos funcionais, a equipe dele havia conseguido elevar a velocidade de comutação de forma a que se equiparasse à dos atuais transistores convencionais de silício .
Os pesquisadores testaram os novos modelos em laboratório, acrescentou, provando que eles podem realizar confiavelmente centenas de milhares de leituras e de gravações.
Esse é um obstáculo significativo a superar, e o fato de que o tenham conseguido indica que agora é possível começar a considerar os chips equipados com mem-ristores como alternativa às memórias de computador flash acionadas por transistores hoje usadas amplamente em aparelhos eletrônicos como players de MP3, computadores portáteis e câmeras digitais.
"Não só acreditamos que em três anos poderemos ser melhores que os nossos concorrentes", disse Williams. "A tecnologia de mem-ristores tem de fato a capacidade de continuar a avançar por um período muito longo, e isso é realmente muito importante".
Com o setor de semicondutores se aproximando cada vez mais de limites físicos fundamentais à redução continuada no tamanho dos aparelhos que representam o estado digital fundamental de ativo e inativo, 0 e 1, surgiu uma corrida internacional em busca de soluções alternativas.
As novas gerações de tecnologia de semicondutores em geral avançam em ciclos de três anos, e o setor atualmente não vislumbra mais do que três ou quatro novos ciclos de avanço, com a tecnologia atual.
A tecnologia mais avançada de produção de semicondutores disponível se baseia em tamanhos mínimos de 30 a 40 nanômetros para os elementos do semicondutor ¿ para comparação, um vírus biológico tem cerca de 100 nanômetros - e Williams disse que a HP agora tem mem-ristores de três nanômetros em operação e capazes de se ligarem e desligarem em um nanossegundo, ou bilionésimo de segundo.
Ele informou que a empresa poderia completar o desenvolvimento de um sistema concorrente para a memória flash dentro de três anos com capacidade de 20 GB por centímetro quadrado. "Acreditamos que dentro desse horizonte de tempo será possível obter desempenho de armazenagem pelo menos duas vezes superior ao da memória flash", ele disse.
A tecnologia da HP se baseia no uso de uma corrente elétrica que movimenta átomos no interior de uma película ultrafina de dióxido de titânio. Depois que a posição de um átomo é alterada, mesmo que por apenas um nanômetro, o resultado pode ser lido como uma mudança na resistência do material. A mudança persiste mesmo depois que a corrente elétrica é desligada, o que torna possível produzir um dispositivo de consumo muito baixo de energia.
O novo material oferece uma abordagem radicalmente diferente de um tipo promissor de armazenagem conhecido como "memória de mudança de fase", que está sendo desenvolvido por IBM, Intel e outras companhias.
Na memória de mudança de fase, o calor é usado para alterar um material vítreo entre o estado amorfo e o cristalino, e de volta. A velocidade de comutação desses sistemas é mais baixa e eles requerem maior consumo de energia, afirmam os cientistas da HP.
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