En 1959, le célèbre physicien Richard Feynman, dans son discours "Beaucoup de place au fond, " parlait d'un avenir dans lequel de minuscules machines pourraient accomplir d'énormes exploits. Comme de nombreux concepts tournés vers l'avenir, son monde de la taille d'un atome et d'une molécule est resté pendant des années dans le domaine de la science-fiction.

Puis, les scientifiques et autres penseurs créatifs ont commencé à réaliser les visions nanotechnologiques de Feynman.

Dans l'esprit de la perspicacité de Feynman, et en réponse aux défis qu'il a lancés pour inspirer la créativité scientifique et technique, les ingénieurs électriciens et informaticiens de l'UC Santa Barbara ont développé une conception pour un dispositif informatique fonctionnel à l'échelle nanométrique. Le concept implique une densité, circuit tridimensionnel fonctionnant sur un type de logique non conventionnel qui pourrait, théoriquement, être emballé dans un bloc ne dépassant pas 50 nanomètres de côté.

« De nouveaux paradigmes informatiques sont nécessaires pour répondre à la demande de appareils plus petits et plus économes en énergie, " dit Gina Adam, chercheur postdoctoral au département d'informatique de l'UCSB et auteur principal de l'article "Optimized stateful material implication logic for three dimensional data manipulation, " publié dans la revue Nano-recherche . "Dans un ordinateur ordinaire, le traitement des données et le stockage en mémoire sont séparés, ce qui ralentit le calcul. Le traitement des données directement à l'intérieur d'une structure de mémoire tridimensionnelle permettrait de stocker et de traiter plus de données beaucoup plus rapidement."

Alors que les efforts pour réduire les appareils informatiques se poursuivent depuis des décennies, en fait, Les défis de Feynman tels qu'il les a présentés dans son discours de 1959 ont été relevés :les scientifiques et les ingénieurs continuent de se tailler une place au fond pour des nanotechnologies encore plus avancées. Un additionneur nanométrique à 8 bits fonctionnant dans une dimension de 50 x 50 x 50 nanomètres, proposé dans le cadre de l'actuel défi du Grand Prix Feynman du Foresight Institute, n'a pas encore été atteint. Cependant, le développement et la fabrication continus de composants de plus en plus petits rapprochent ce dispositif informatique de la taille d'un virus de la réalité, dit Dmitri Strukov, professeur d'informatique à l'UCSB.

"Notre contribution est que nous avons amélioré les spécificités de cette logique et l'avons conçue pour qu'elle puisse être construite en trois dimensions, " il a dit.

La clé de ce développement est l'utilisation d'un système logique appelé logique d'implication matérielle combiné à des memristors, des éléments de circuit dont la résistance dépend des charges les plus récentes et des directions des courants qui les ont traversés. Contrairement à la logique et aux circuits informatiques conventionnels que l'on trouve dans nos ordinateurs et autres appareils actuels, dans cette forme de calcul, le fonctionnement logique et le stockage des informations se produisent simultanément et localement. Cela réduit considérablement le besoin de composants et d'espace généralement utilisés pour effectuer des opérations logiques et pour déplacer des données dans les deux sens entre l'opération et le stockage en mémoire. Le résultat du calcul est immédiatement stocké dans un élément mémoire, qui empêche la perte de données en cas de panne de courant, une fonction critique dans les systèmes autonomes tels que la robotique.

En outre, les chercheurs ont reconfiguré l'architecture traditionnellement bidimensionnelle du memristor en un bloc tridimensionnel, qui pourraient ensuite être empilés et emballés dans l'espace requis pour relever le défi du grand prix Feynman.

"Les groupes précédents montrent que les blocs individuels peuvent être redimensionnés à de très petites dimensions, disons 10 par 10 nanomètres, " dit Strukov, qui a travaillé dans les laboratoires de la société de technologie Hewlett-Packard lorsqu'ils ont accéléré le développement des memristors et de la logique d'implication matérielle. En appliquant ces résultats aux développements de son groupe, il a dit, le défi pourrait facilement être relevé.

Les minuscules memristors font l'objet de nombreuses recherches dans les universités et dans l'industrie pour leurs utilisations prometteuses dans le stockage de mémoire et l'informatique neuromorphique. Alors que les implémentations de la logique d'implication matérielle sont plutôt exotiques et pas encore courantes, utilise pour cela pourrait apparaître à tout moment, en particulier dans les systèmes à faible consommation d'énergie tels que la robotique et les implants médicaux.

« Comme cette technologie est encore nouvelle, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour augmenter sa fiabilité et sa durée de vie et pour démontrer des circuits tridimensionnels à grande échelle étroitement emballés dans des dizaines ou des centaines de couches, " dit Adam.