Una nueva forma de organizar componentes informáticos avanzados llamados memristores en un chip podría permitir su uso para la informática general, lo que podría reducir el consumo de energía en un factor de 100.
Esto mejoraría el rendimiento en entornos de bajo consumo de energía como los teléfonos inteligentes o crearía supercomputadoras más eficientes, dice un investigador de la Universidad de Michigan.
"Históricamente, la industria de los semiconductores ha mejorado el rendimiento al hacer que los dispositivos sean más rápidos. Pero aunque los procesadores y las memorias son muy rápidos, no pueden ser eficientes porque tienen que esperar a que los datos entren y salgan", dijo Wei Lu.Profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UM y cofundador de la startup de memristor Crossbar Inc.
Los memristores pueden ser la respuesta. Nombrados como un acrónimo de memoria y resistencia, se pueden programar para tener diferentes estados de resistencia, lo que significa que almacenan información como niveles de resistencia. Estos elementos del circuito permiten la memoria y el procesamiento en el mismo dispositivo, cortandoel cuello de botella en la transferencia de datos que experimentan las computadoras convencionales en las que la memoria está separada del procesador.
Sin embargo, a diferencia de los bits ordinarios, que son 1 o 0, los memristores pueden tener resistencias que están en un continuo. Algunas aplicaciones, como la informática que imita el cerebro neuromórfica, aprovechan la naturaleza analógica de los memristores. Pero para loscomputación, tratar de diferenciar entre pequeñas variaciones en la corriente que pasa a través de un dispositivo memristor no es lo suficientemente preciso para los cálculos numéricos.
Lu y sus colegas solucionaron este problema digitalizando las salidas de corriente, definiendo rangos de corriente como valores de bits específicos es decir, 0 o 1. El equipo también pudo mapear grandes problemas matemáticos en bloques más pequeños dentro de la matriz, mejorandola eficiencia y flexibilidad del sistema.
Las computadoras con estos nuevos bloques, que los investigadores llaman "unidades de procesamiento de memoria", podrían ser particularmente útiles para implementar algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial. También son muy adecuadas para tareas que se basan en operaciones matriciales, como las simulaciones utilizadaspara la predicción del tiempo. Las matrices matemáticas más simples, similares a tablas con filas y columnas de números, se pueden asignar directamente a la cuadrícula de memristores.
Una vez que los memristores están configurados para representar los números, las operaciones que multiplican y suman las filas y columnas se pueden realizar simultáneamente, con un conjunto de pulsos de voltaje a lo largo de las filas. La corriente medida al final de cada columna contiene las respuestasPor el contrario, un procesador típico tendría que leer el valor de cada celda de la matriz, realizar la multiplicación y luego sumar cada columna en serie.
"Obtenemos la multiplicación y la suma en un solo paso. Se realiza mediante leyes físicas. No necesitamos multiplicar y sumar manualmente en un procesador", dijo Lu.
Su equipo decidió resolver ecuaciones diferenciales parciales como prueba para una matriz de memristor 32x32, que Lu imagina como un solo bloque de un sistema futuro. Estas ecuaciones, incluidas las que están detrás de la predicción meteorológica, sustentan muchos problemas de ciencia e ingeniería, pero son muydesafiante de resolver. La dificultad proviene de las formas complicadas y las múltiples variables necesarias para modelar los fenómenos físicos.
Cuando es imposible resolver exactamente ecuaciones diferenciales parciales, resolverlas de forma aproximada puede requerir supercomputadoras. Estos problemas a menudo involucran matrices de datos muy grandes, por lo que el cuello de botella de comunicación entre la memoria y el procesador se resuelve perfectamente con una matriz de memristor. Las ecuaciones que el equipo de Lu utilizó en sudemostración simuló un reactor de plasma, como los que se utilizan para la fabricación de circuitos integrados.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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