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ReRam et autres memristors : la mémoire de demain ?

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HP puis Panasonic ont annoncé indépendamment la réalisation de « mémoires à résistance », une famille de composants imaginée il y a quarante ans et qui pourrait prendre la succession des mémoires Flash, voire s'installer dans les ordinateurs. Panasonic prévoit la commercialisation dès la fin de l'année.

Le prototype de ReRam montré par Fujitsu en 2007. À gauche, le schéma montre le sandwich, entre deux couches de platine (Pt), d'oxyde de nickel au titane (Ti:NiO) et d'oxyde de titane (TiOx). À droite, une mémoire unique sur un transistor (Tr), les deux étant reliés par deux conducteurs (en noir). © Fujitsu

Les capacités de stockage de la mémoire Flash (celle des clés USB par exemple) et une vitesse proche de celle de la DRam (la mémoire vive des ordinateurs) : c'est ce que met en avant Panasonic pour ses futures ReRam, ou RRam, Resistive Ram (Random Access Memory). L'entreprise japonaise, qui avait présenté un prototype en 2008, annonce la réalisation de modules de 2 Mbits et la production en masse, à partir de la fin de l'année, dans son usine de Tonami. Le prix de revient sera sans doute élevé et Panasonic destine ces circuits à des usages particuliers, comme les lecteurs Blu-ray.

Mais l'idée est aussi, à terme, de les utiliser dans les ordinateurs. D'autres fabricants étudient activement cette filière. En 2007, Fujitsu avait montré un prototype de ReRam, utilisant du titane et de l'oxyde de nickel. Sharp et Samsung planchent aussi sur la question et HP, qui a conclu un partenariat sur ce sujet avec Hynix Semiconductor, vient d'annoncer lui aussi une production de masse, en 2013. Le constructeur américain emploie le terme de memristor (raccourci pour memory resistor, mémoire à résistance), l'expression forgée en 1971 par Leon Chua, qui avait le premier conceptualisé le principe et l'avait exposé dans une publication, comme le rappelle aujourd'hui HP.

Dans une telle mémoire, l'information est enregistrée sous la forme d'une résistance électrique plus ou moins grande. En appliquant une tension (en volts) suffisamment élevée, on crée en effet dans certains matériaux un réarrangement des molécules ou des atomes sur le chemin du courant. Il se forme des sortes de canaux où la résistance (que l'on mesure en ohms) devient beaucoup plus faible et cet état reste stable. Il est cependant réversible, par application d'une tension différente. On peut faire basculer la résistance de l'élément entre une valeur élevée et une valeur faible et donc inscrire ainsi une information binaire. Pour un informaticien, c'est une écriture. La lecture consiste à envoyer un courant faible et à mesurer son affaiblissement.

Image d’un prototype, obtenue par un microscope à force atomique par HP. Les 17 structures longilignes sont des connecteurs et 17 memristors se trouvent à leurs intersections avec un connecteur transversal. Chacun d’eux est large de 50 nanomètres, ce qui représente environ 150 atomes. © J.-J. Yang, HP Labs/GNU

Encore chère…

On remarque que cette cellule mémoire est simple dans sa structure : elle ne comporte qu'un seul composant, à la différence d'une cellule mémoire de DRam ou Flash, dans lesquelles on trouve plusieurs parties, comme un condensateur ou une « grille » (Leon Chua parlait du « quatrième type de composant », après la résistance, le condensateur et la bobine, pour exprimer le fait qu'on ne peut obtenir ses propriétés en combinant les trois premiers).

Sur le papier, la mémoire à résistance a de quoi intéresser les industriels de l'électronique. Cette mémoire non volatile pourrait être davantage miniaturisée que l'actuelle mémoire Flash NAND, alors que les progrès de celle-ci en matière d'augmentation de densité commencent à marquer le pas. Si elle est effectivement aussi rapide que la mémoire vive des ordinateurs, qui, elle, s'efface quand on coupe l'alimentation, alors la ReRam pourrait aussi la remplacer. Nos ordinateurs pourraient ainsi se passer de séquence de démarrage, restituant instantanément à l'allumage l'environnement de travail tel qu'il était à la fermeture.

La ReRam n'est pas la seule piste suivie dans les laboratoires, où l'on expérimente aussi sur la mémoire magnétique (MRam), les nanotubes, voire des dispositifs micromécaniques. Avec les annonces de HP et de Panasonic, la mémoire à résistance semble avoir pris une longueur d'avance en parvenant à la phase de production massive. Quant à savoir si elle parviendra à remplacer à la fois la mémoire DRam et la mémoire Flash, la question reste posée. La réponse dépendra des coûts de fabrication qui seront obtenus et des performances réelles. En matière de finesse de gravure, Panasonic affirme qu'il sera possible de descendre à 18 nanomètres et HP est parvenu à 15 nanomètres au laboratoire.

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