Halbleiterforschung: Neuer Memristor kann zehn Zustände speichern

Irische Wissenschaftler haben einen neuartigen Memristor entwickelt, dessen Widerstandswerte gezielt verändert werden können. Damit können in nur einem Bauteil zehn Werte gespeichert werden, was sich für völlig neuartige Computer nutzen lassen könnte.

Artikel veröffentlicht am 24. November 2014, 18:23 Uhr, Nico Ernst

Memristor aus Titandrähten (Bild: HP)

8 Bit sind ein Byte. Was aber, wenn ein einziges Bauelement gleich zehn verschiedene Zustände annehmen könnte? Dann wäre eine neue Informatik nötig, meint IEEE Spectrum. Die Fachpublikation der Ingenieursvereinigung berichtet über den "Trinity Memristor", der am Trinity College in Dublin entwickelt wurde.

Der Memristor gilt als einer der Hoffnungsträger für eine Vereinheitlichung der Speicher von Computern, die bisher zwischen flüchtig, wie bei DRAM, und nichtflüchtig, wie bei Flash, aufgeteilt sind. Dazu speichert das neue Bauelement Zustände - wie ein Bit - nicht in Form von Ladungen, sondern durch verschiedene Werte des Widerstands, daher auch der Name: ein Kunstwort aus "Memory Resistor".

Der Trinity Memristor kann aber nicht nur Null und Eins speichern, sondern bisher sechs verschiedene Zustände, allerdings nicht zur gleichen Zeit. Vielmehr werden die verschiedenen Widerstandswerte in einem Prozess, der einem Schreibvorgang vergleichbar ist, durch das Anlegen von Spannungen erzeugt. Bei einem ersten Impuls mit 7,5 Volt erreicht der Memristor einen bestimmten Widerstand, was sich fünf Mal wiederholen lässt. Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, auch zehn verschiedene Werte zu erreichen.

Löschen lässt sich die gespeicherte Information auch, und zwar indem minus 7,5 Volt angelegt werden. Bei beiden Vorgängen, dem Schreiben und dem Löschen, wird die Struktur des Memristors verändert, wobei Sauerstofflücken im Material und Gold eine Rolle spielen. Je mehr Lücken im Nanodraht des Memristors aus Titanoxid vorhanden sind, desto leichter fließt Strom - der Widerstand sinkt. Die negative Spannung zerstört diese Lücken, so dass der Memristor wieder seinen ursprünglichen Zustand einnimmt.

Wenn sich solche Bauteile konstruieren lassen, die zehn Zustände annehmen, könnten sich mehr Informationen in viel weniger Raum speichern lassen. Der größte positive Integer-Wert für ein 64-Bit-Wort benötigt eben auch 64 Bit. Mit der Basis 10, statt bisher 8, wären dafür aber nur noch 20 Bit nötig. Könnte man also einen Flash-ähnlichen Speicher aus den Trinity-Memristoren konstruieren, so hätte dieser bei gleicher Fertigungstechnik mehr als die dreifache Kapazität. Auch das Rechnen mit 10-Bit-Werten wäre so möglich.