Aplicação da tecnologia memresistiva ao projeto de sistemas digitais através da exploração de circuitos híbridos e implicação material

• Autor(a) principal: Dias, Cesar de Souza
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/9829
• topic: Tecnologia CMOS; Nanoeletrônica; Memristor; Lógica híbrida CMOS/memresistiva; Implicação material; CMOS technology; Nanoelectronics; CMOS/memristive hybrid logic; Material implication

A redução de escala dos circuitos CMOS tem sido incessantemente explorada durante as últimas décadas para aumentar a densidade de encapsulamento de transistores, tornar os circuitos eletrônicos mais rápidos e diminuir a sua dissipação de potência (TAUR et al., 1997). Isso possibilitou uma grande evolução dos computadores e o surgimento de uma infinidade de aplicações. Entretanto, está se tornando cada vez mais difícil sustentar essa tendência, uma vez que as dimensões dos MOSFETs já se encontram sobre o regime nanométrico (BORKAR et al., 2004; KUHN, 2012). Com a escala de fabricação dos transistores aproximando-se dos limites físicos da atomística e da mecânica quântica, a indústria de semicondutores está enfrentando importantes desafios técnicos, sobretudo em relação à redução da confiabilidade e ao crescimento da dissipação estática de potência e do custo de produção dos circuitos integrados (KIM et al., 2003; CHING-TE et al., 2007; HOEFFLINGER, 2012). Além disso, o próprio progresso científico das arquiteturas computacionais convencionais também tem enfrentado importantes barreiras nos dias de hoje. Em contrapartida, aplicações atuais, como aquelas relacionadas à Big Data e Internet das Coisas (IoT) demandam cada vez mais poder de processamento e capacidade de armazenamento (HAMDIOUI et al., 2017). Para lidar com essa realidade, a exploração de arquiteturas computacionais alternativas baseadas na utilização de tecnologias emergentes, em substituição ou complemento à CMOS, parece ser uma alternativa promissora para o futuro da nanoeletrônica (JABEUR et al., 2014). Dentro do grupo de candidatos com esse perfil, encontram-se os memristores. O nome desse dispositivo é uma contração das palavras "Memory" e "Resistor", em função desse componente se comportar, de certa forma, como um resistor não linear com memória (CHUA, 1971). Dentre as características marcantes desse elemento, podem ser citadas a sua não volatilidade, boa escalabilidade, ausência de correntes de fuga e compatibilidade com a tecnologia CMOS (WASER et al., 2009; YANG et al., 2013). Esse conjunto de características possibilita a exploração dos memristores em diversas aplicações, que incluem memórias não voláteis de alta densidade de integração, circuitos lógicos digitais, circuitos analógicos e até mesmo sistemas neuromórficos. Considerando o potencial dessa tecnologia, uma extensa revisão bibliográfica sobre o tema foi realizada pelo presente trabalho, incluindo a busca por modelos elétricos de simulação para a realização de experimentos práticos com memristores. A partir dessa investigação, o foco da pesquisa foi direcionado para o projeto de sistemas digitais através de duas abordagens distintas: lógica híbrida CMOS/memresistiva e implicação material memresistiva. Em relação à lógica híbrida, propõe-se um somador completo inteiramente não volátil de extra-baixo consumo. No campo de implicação material, trabalha-se com um circuito capaz de minimizar expressivamente o tempo de execução necessário para a síntese de uma função Booleana qualquer através da execução preditiva das implicações. Desse modo, tendo como base trabalhos prévios publicados na literatura, espera-se que o conteúdo desta Dissertação possa trazer contribuições relevantes a essa área de interesse.