Computer ohne Startvorgang

Memristor könnte Silizium ablösen

09.04.2010 | Redakteur: Nico Litzel

Der erste Memristor-Schaltkreis aus dem Jahr 2008 im Rasterkraftmikroskop. Zu erkennen sind 17 Memristoren, die aus jeweils zwei miteinander verbundenen Titandioxid-Schichten bestehen.
Der erste Memristor-Schaltkreis aus dem Jahr 2008 im Rasterkraftmikroskop. Zu erkennen sind 17 Memristoren, die aus jeweils zwei miteinander verbundenen Titandioxid-Schichten bestehen.

Der Memristor, variabler Widerstand und nichtflüchtiger Speicher zugleich, bietet mehr Möglichkeiten als bisher angenommen wurde. Das vierte Basiselement nach Widerstand, Kondensator und Induktor kann nicht nur zur Speicherung eingesetzt werden, sondern jüngsten Forschungsergebnissen zufolge auch als Logikbaustein fungieren. Damit werden Rechner vorstellbar, die die klassische Von-Neumann-Architektur erweitern.

2008 ist es Forschern der HP Labs unter Leitung von R. Stanley Williams erstmals gelungen, die Existenz des bereits Anfang der 70er-Jahre vorhergesagten vierten Basiselements nachzuweisen. Memristoren, das Wort setzt sich aus dem Englischen Begriffen für Speicher (Memory) und Widerstand (Resistor) zusammen, können Informationen ähnlich wie das menschliche Gehirn abspeichern und sind im Gegensatz zu derzeit verfügbaren Arbeitsspeichern nicht flüchtig, behalten Informationen als auch bei einem Stromausfall.

Bereits 2008 sprach Hewlett-Packard von einer möglichen Speicher-Revolution. Memristoren hätten das Potenzial, in naher Zukunft beispielsweise Arbeitsspeicher auf DRAM-Basis (Dynamic Random Access Memory) vollständig abzulösen.

Williams und sein Team berichten in der jüngsten Ausgabe von „Nature“, dass sich das Bauelement auch als Logikbaustein einsetzen lässt. Daher sei es möglich, so die Wissenschaftler, dass künftig auf Chips, auf denen Daten gespeichert sind, zugleich auch Berechnungen durchgeführt werden, sodass der Einsatz einer speziellen CPU nicht mehr erforderlich ist.

Marktreife in fünf Jahren?

HP hat eigenen Angaben zufolge bereits Architekturen für Speicherchips auf Basis von Memristoren entwickelt. Das Unternehmen geht davon aus, dass innerhalb der nächsten fünf Jahre Geräte mit Memristor-Speichern auf den Markt kommen könnten.

Darüber hinaus haben die HP-Forscher eine Architektur entwickelt, bei der mehrere Memristor-Schichten übereinander auf einen einzigen Chip gestapelt werden. In fünf Jahren könnten solche Chips in mobilen Geräten eingesetzt werden, die dann zehnmal mehr eingebetteten Speicher zur Verfügung stellen als heutige Modelle. Auch Supercomputer auf Basis von Memristor-Chips könnten umgesetzt werden. Diese Rechner könnten dann beispielsweise Filme deutlich schneller rendern oder Genome entschlüsseln, als das nach dem Mooreschen Gesetz vorstellbar ist.

Aufgrund der jüngsten Entdeckung geht HP noch weiter: Prozessoren auf Memristor-Basis könnten die herkömmlichen, auf Silizium basierenden ablösen, beispielsweise in Geräten wie E-Readern. Im Laufe der Zeit könnte die Memristor-Technik Silizium sogar generell ablösen.

Geringer Stromverbrauch und robust

Memristoren bieten im Vergleich zur momentanen Technik eine Reihe von weiteren Vorteilen: Sie verbrauchen weniger Strom als derzeit verfügbare Halbleiterspeicher, etwa Flash. Darüber hinaus weisen Memristoren laut HP eine mindestens doppelt so hohe Speicherdichte im Vergleich zu aktuellen Flash-Speichern auf. Zudem sind Memristoren nahezu immun gegen Strahlung, die zu Ausfällen bei Transistoren führen kann. Zudem „vergessen“ Memristoren nicht, sodass Computer ohne Bootvorgang vorstellbar sind, die sich wie eine Lampe an- und ausschalten lassen.

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