Foosci

ปรับปรุง 2008.05.11 : ฟังนักวิจัยเอชพีคุยเรื่องนี้ (13 นาที)

ตำราเรียนอิเล็กทรอนิกส์จะต้องถูกปรับปรุงใหม่ เมื่อห้องปฏิบัติการเอชพี (HP Labs) ประกาศว่าสามารถสร้างเมมริสเตอร์ (memristor) ที่ใช้งานได้จริงสำเร็จแล้ว โดยเชื่อว่าหากสามารถค้นพบวิธีการผลิตในปริมาณมากได้ เทคโนโลยีเมมริสเตอร์ก็อาจเป็นมาตรฐานใหม่ของหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ เนื่องจากมันมีความเร็วเหมือนดีแรม เก็บข้อมูลโดยไม่ต้องเลี้ยงกระแสไฟได้เหมือนหน่วยความจำแฟลช และมีความหนาแน่นข้อมูลมากกว่าฮาร์ดดิสก์ -- นั่นหมายถึงคอมพิวเตอร์ที่พร้อมใช้งานได้ทันทีเมื่อเปิดเครื่อง โดยไม่ต้องรอมันบูตห้านาที

เมมริสเตอร์ (มาจากคำว่า memory และ resistor - ตัวต้านทานแบบจำค่าได้ - อักษรย่อคือ M) ถูกทำนายและอธิบายเอาไว้ตั้งแต่ พ.ศ. 2514¹ โดย Leon Chua แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ในบทความ “Memristor — The Missing Circuit Element.” ที่ตีพิมพ์ลงวารสารวิชาการทฤษฎีวงจรไฟฟ้า IEEE Transactions on Circuit Theory ในฐานะองค์ประกอบวงจรไฟฟ้าชิ้นที่ 4 (อีกสามชิ้นคือ R ตัวต้านทาน, C ตัวเก็บประจุ และ L ตัวเหนี่ยวนำ) แต่ก็ยังไม่เคยมีใครสร้างเมมริสเตอร์ที่ใช้งานได้จริงสำเร็จ จนกระทั่งเอชพีแล็บส์ค้นพบวิธี

ในตอนที่ Chua เขียนบทความวิชาการชิ้นนั้น เขาใช้คณิตศาสตร์ในการอนุมานการดำรงอยู่ขององค์ประกอบวงจรไฟฟ้าชนิดที่สี่นี้ ซึ่งเขาเรียกมันว่า เมมริสเตอร์ เนื่องจากมัน "จำ" ความเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านมันได้ โดยการเปลี่ยนความต้านทานของมัน เอชพีอ้างว่าตนได้ค้นพบเมมริสเตอร์ตัวแรก ซึ่งสร้างโดยใช้ฟิลม์ไททาเนียมไดออกไซด์²บาง ๆ สองชั้นประกบกัน (bi-level titanium dioxide thin-film) ซึ่งจะเปลี่ยนค่าความต้านทานไปเมื่อมีกระแสไหลผ่านมัน

"องค์ประกอบวงจรไฟฟ้าใหม่นี้จะแก้ปัญหาหลายอย่างในวงจรไฟฟ้าปัจจุบัน -- เนื่องจากมันจะยิ่งมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเมื่อคุณยิ่งย่อขนาดมันลง" Chua กล่าว "เมมริสเตอร์จะทำให้เราสร้างสร้างอุปกรณ์ขนาดนาโนที่เล็กมาก ๆ ได้ โดยไม่สร้างความร้อนส่วนเกินอย่างที่ทรานซิสเตอร์เป็นทุกวันนี้"

เมมริสเตอร์เป็นแนวทางที่แตกต่างเอามาก ๆ จากหน่วยความจำสถานะแข็งอีกชนิด ที่เรียกว่า หน่วยความจำแบบแปลงเฟส (phase-change memory) หรือ พีซีเอ็ม (PCM) หรือ พีแรม (PRAM) ซึ่งไอบีเอ็ม อินเทล และบริษัทอื่น ๆ กำลังค้นคว้าวิจัยอยู่ ในพีแรมนั้น จะใช้ความร้อนเพื่อทำให้วัสดุคล้ายแก้วเปลี่ยนสถานะจากอสัณฐาน (amorphous) ไปเป็นผลึก (crystalline) และกลับไปมา ความเร็วในการเปลี่ยนสถานะของระบบนี้นั้นทั้งช้ากว่าและกินพลังงานมากกว่า ตามที่นักวิทยาศาสตร์ของเอชพีอธิบาย

เอชพีได้ทดสอบเมมริสเตอร์ในสวิตช์แบบครอสบาร์ชนิดความหนาแน่นสูงยิ่งยวดของตนซึ่งใช้ลวดนาโน (nanowire) ทำสถิติความจุ 100 Gbits บนแม่แบบ (die) ชิ้นเดียว -- เทียบกับ 16 Gbits ซึ่งเป็นความหนาแน่นสูงสุดของหน่วยความจำแบบแฟลชในขณะนี้ -- ด้วยวัสดุนี้เราสามารถบรรจุครอสบาร์จำนวนมากถึงแสนล้านชิ้นลงไปในพื้นที่เพียงหนึ่งตารางเซนติเมตร

เมมริสเตอร์ชนิดสถานะแข็งสามารถนำมาประกอบกันเป็นทรานซิสเตอร์ได้ โดยจะมีขนาดเล็กกว่าทรานซิสเตอร์ปกติมาก นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นหน่วยความจำสถานะแข็งแบบไม่ลบเลือน (non-volatile solid-state memory) ได้ โดยสามารถมีความหนาแน่นของข้อมูลได้มากกว่าฮาร์ดดิสก์ ในขณะที่เข้าถึงได้เร็วพอกับหน่วยความจำชนิดดีแรม (DRAM) เราจึงสามารถใช้เมมริสเตอร์แทนอุปกรณ์ทั้งสองชนิดดังกล่าวได้

เมมริสเตอร์สามารถใช้ได้ทั้งกับวงจรอนาล็อกและดิจิทัล เมื่อตรวจสอบสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับเมมริสเตอร์ก็พบว่า มีการประยุกต์ใช้มันในอุปกรณ์ตรรกะชนิดสั่งการได้ (programmable logic) การประมวลสัญญาณ ข่ายงานประสาทเทียม และระบบควบคุม

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเมมริสเตอร์นี้จะเปิดศักราชใหม่ของอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์ Stanley Williams นักวิทยาศาสตร์อาวุโสแห่งห้องปฏิบัติการระบบสารสนเทศและควอนตัม ที่เอชพีแล็บส์ พาโลอัลโต ผู้ประดิษฐ์คนหลักของวัสดุที่ใช้ในการทำเมมริสเตอร์ กล่าวว่า "เมมริสเตอร์นั้นไม่ได้เป็นเพียงแค่เทคโนโลยีที่จะมาแทนที่อุปกรณ์หน่วยความจำที่มีอยู่ แต่มันจะถูกใช้สร้างอุปกรณ์ชนิดใหม่ ๆ ที่ไม่เคยมีใครเคยคาดคิดมาก่อน"

การค้นพบนี้ตีพิมพ์ลงวารสาร Nature เมื่อวันที่ 30 เมษายน 2551³

ที่มา - OSNews: Practical Memristor Discovered, 1 พ.ค. 2551; InformationWeek: HP Reveals Memristor, The Fourth Passive Circuit Element, 30 เม.ย. 2551; New York Times: H.P. Reports Big Advance in Memory Chip Design, 1 พ.ค. 2551; วิกิพีเดีย: Memristor, เรียกดู 2 พ.ค. 2551

ข่าวจากแหล่งอื่น - Blognone: HP แถลงวงจรไฟฟ้าใหม่ มีความจำในตัว ไม่ต้องบูตเครื่องอีกต่อไป, 1 พ.ค. 2551; ผู้จัดการออนไลน์: พบวงจรไฟฟ้าใหม่ โทรศัพท์ไม่ต้องชาร์จบ่อย-พีซีไม่ต้องบูตเครื่อง, 1 พ.ค. 2551