Textbook2 di Jurusan EE (Electrical Engineering, iaitu Teknik Elektro) mengatakan bahwa dalam dunia elektronika terdapat 3 komponen fundamental: resistor, kapasitor, dan induktor. Tapi Fren, tahukah kalian kalau ternyata ada satu lagi komponen fundamental yang hilang (Missing Link, bahasa Narutonya: Missing Nin, halah.. apa coba?), komponen elektronik pasif keempat bernama “Memory-resistor” atau disebut juga “Memristor”. Uniknya, komponen ini baru berhasil dibuat di HP (Hewlett-Packard) Labs bulan April 2008 lalu. (walaah.. telat nulisnya)
Asal Mula Memristor
Alkisah, kisah kasih di sekolah (apa siih?) memristor ini dimulai sekira 37 tahun lalu (1971) di University of California di Berkeley. Saat itu Prof. Leon Chua mempublikasikan paper yang menyatakan hipotesanya bahwa ada komponen fundamental yang keempat selain resistor, kapasitor, dan induktor, komponen ini tidak bisa digantikan oleh kombinasi apapun dari tiga komponen lainnya karena secara radikal memang beda. Berdasarkan konsep kesimetrisan, masing2 komponen didefinisikan sebagai relasi antara 2 dari 4 variabel fundamental rangkaian: tegangan, arus, muatan, dan flux. (lihat gambar di bawah)
“now all the EE textbooks need to be changed”
-IEEE Kirchoff Award winner, Leon Chua, on the discovery of the memresistor.
Namun hingga 36 tahun lebih kisah misteri hilangnya komponen keempat ini tetap menjadi misteri, karena baru sebatas persamaan matematis (postulat sama hipotesa apa bedanya ya? ada yg bisa jelaskan?) dan belum ada yang bisa membuktikannya dalam bentuk fisik selama puluhan tahun, ini lebih disebabkan karena pembuktian akan adanya memristansi lebih terlihat pada percobaan berskala nano.
“Although researchers had observed instances of memristance for more than 50 years, the proof of its existence remained elusive -in part because memristance is much more noticeable in nanoscale devices. The crucial issue for memristance is that the device’ atoms need to change location when voltage is applied, and that happens much more easily at the nanoscale.”
-HP Labs
37 Tahun kemudian
jreng3x.. hoho.. kita balik lagi ke tahun 2008. tepatnya di bulan April 2008, sekumpulan scientis yang melakukan riset di Lab HP (Hewlett-Packard) berhasil membuat prototipe yang bekerja sesuai sifat komponen misterius tersebut dengan menggunakan teknologi crossbar-latch yang dikembangkan sejak tahun 2005.
Di bawah ini gambar circuit dengan 17 memristor yg dicapture menggunakan atomic force microscope (gitu lah kata om Wiki):
Teori Memristor
Alasan utama memristor berbeda secara radikal dari komponen fundamental lain ialah, memristor dapat menyimpan memory masa lalunya. Ketika kita mematikan tegangan pada rangkaian, si memristor ini tetap mengingat berapa besarnya dan berapa lama.
Mari beranalogi sejenak untuk membedakan resistor dengan memristor. (gilaa, makin serius aja ini tulisan) Analogi klasik untuk resistor adalah dia seperti sebuah pipa dimana air (analogi listriknya) melaluinya. Nah, lebar pipa ini dianalogikan sebagai resistansi dari arus yang mengalir, semakin sempit pipanya maka semakin besar resistansinya, dimana resistor normal tidak berubah ukurannya. Di sisi lain sebuah memristor dianalogikan dapat berubah ukurannya sesuai jumlah air yang melaluinya. Jika air melalui pipa tersebut ke satu arah, ukuran pipa bertambah besar (yang berarti resistansi semakin kecil), sebaliknya jika air melalui arah sebaliknya, ukuran pipa bertambah kecil (yang berarti makin resistif). Dan si memristor ini mengingat, ketika aliran air dimatikan, ukuran pipa tidak berubah. Meski sebenarnya mekanisme tersebut secara teknis dapat dilakukan juga dengan gabungan transistor dan kapasitor, tapi membutuhkan banyak transistor dan kapasitor untuk melakukan pekerjaan dari satu memristor tersebut.
Memristor sendiri didefinisikan sebagai sebuah elemen dimana flux magnetik Φm antara terminal merupakan fungsi dari jumlah muatan elektrik q yang melewati device. setiap memristor memiliki karakteristik berdasarkan fungsi memristansi yang merupakan besaran perubahan flux terhadap perubahan muatan.
M(q) = dΦm/dq
Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa flux merupakan integral waktu t dari tegangan, dan muatan merupakan integral waktu t dari arus, sehingga dapat dituliskan
M(q) = (dΦm/dt) / (dq/dt) = V/I
Dari sini bisa diturunkan bahwa memristansi merupakan resistansi yang bergantung pada muatan. Jika M(q) konstan, maka kita dapatkan R = V/I. Jika M(q) nontrivial, bagaimanapun persamaan itu tidak equivalen karena q dan M(q) akan bervariasi terhadap waktu t. (walahh makin serius aja neh blog ) Menyelesaikan tegangan sebagai fungsi waktu kita dapatkan
V(t) = M(q(t)).I(t)
Persamaan ini menjelaskan memristansi sebagai hubungan linier antara arus dengan tegangan. Alternating Current (AC, Arus bolak-balik) menjelaskan ketergantungan linier dalam operasi rangkaian dengan menginduksi sebuah tegangan terukur tanpa net pergerakan muatan, sepanjang perubahan maksimum q tidak menyebabkan perubahan berarti pada M.
Lebih jauhnya, memristor akan static manakaa tidak ada arus, jika I(t)=0, maka V(t)=0 dan M(t) akan konstan. Inilah esensi dari memory effect.
(gimana, gimana, merasa tercerahkan? atau………. masih bingung juga kek sayah?)
Aplikasi Memristor
Sebelumnya mari kita flashback dulu sebentar ke tahun lupa-lagi-gak-tau-malah, saat itu ditemukannya transistor menjadikan revolusi besar di dunia elektronika menggantikan tabung vakum. Revolusi apa lagi kah kiranya yang bakal terjadi dengan terungkapnya memristor?
Berikut ini beberapa implementasi memristor (seperti yang disebutkan oleh situs2 yg saya rujuk):
- Memristor sebagai switch
Switching Memristor disebutkan lebih sederhana dibandingkan MOSFET switch yang populer sekarang, Memristor sebagai switch? Jadi inget materi kuliah Elka: Transistor sebagai switch (inget judulnya doang koq hhaha..) cuman si Memristor ini tidak punya fungsi sebagai amplifier karena dia komponen pasif. dan mustahil juga membuat konstruksi digital logic yang hanya menggunakan memristor.
- Teknologi Komputer berskala Nano
Di artikel HP Labs disebutkan bahwa salah satu goal yang diharapkan oleh para peneliti dalam membangun dan mempelajari elektronika dan arsitekrur berskala nano adalah untuk mengubah komputer melewati batas fisik dan fiskal dari rangkaian chip silikon konvensional. Selama beberapa dekade, peningkatan performa chip dilakukan dengan menambah dan menambah jumlah transistor pada rangkaian, sedangkan semakin tinggi kepadatan transistor pada chip ternyata menyebabkan masalah yaitu panas yang berlebih.
Dibandingkan menambah jumlah transistor pada rangkaian, kita dapat membuat rangkaian hybrid dengan transistor lebih sedikit tapi dengan tambahan memristor -dan fungsionalitas, teknologi memristor dapat mewujudkan rangkaian dengan high-density namun lebih efisien dalam energi. hmm.. karena ini kah Hukum Moore akan kembali berlaku?
- Non-volatile Solid-state Memory
menjadikan mungkin membuat device yang dapat menyimpan data sebesar harddisk dengan access time serasa DRAM, bahkan device ini mungkin akan menggantikan kedua komponen tersebut. Prototipe crossbar-latch memory yang dibuat HP menggunakan device yang dapat memuat 100 gigabit dalam satu centimeter persegi, bandingkan dengan Flash memory terpadat saat ini sebesar 32 gigabit. HP juga menyebutkan bahwa versi memristor ini kecepatannya sekitar sepersepuluh kecepatan DRAM. wow
Akibat lain dari Non-volatile memory adalah kita dapat membuat komputer tidak perlu booting setiap kali dinyalakan. Biasanya setiap kita menyalakan komputer ada proses boot-up terlebih dulu, membaca data yang tersimpan di harddisk yang diperlukan untuk sistem operasi berjalan, dan ini tentu makan waktu. Alasan mengapa komputer setiap dinyalakan harus direboot ulang adalah karena DRAM hilang kemampuannya menyimpan bit informasi setelah powernya dimatikan. Sedangkan secara memristor dapat mengingat tegangan, sehingga komputer memristor tidak memerlukan reboot tiap kali dinyalakan. Jadi misalkan kita sedang membuka banyak window aplikasi, komputernya itu kita turn off. Nah, ketika kita kembali dan menyalakan komputernya, secara instant sistem langsung berjalan dan semua yang ada di layar sama persis dengan saat ketika kita matikan. IMHO, mekanisme ini seperti melakukan Hibernate dengan kecepatan Standby. Dan lagi, non-volatile memory mungkin implementasi memristor yang paling mungkin dalam waktu dekat.
- Emulasi Sistem Neural
Chua juga mengatakan bahwa sinapsis, yaitu koneksi antara neuron-neuron (huhuhu.. teringat kembali pelajaran biologi SMA tentang sistem saraf), memiliki tingkah laku memristif. Sehingga katanya memristor dapat menjadi device elektronik yang ideal untuk mengemulasikan sebuah sinapsis.
- Aplikasi lainnya
Beberapa paten yang berhubungan dengan memristor diantaranya disebutkan mencakup aplikasi2 dalam programmable logic, signal processing, neural networks, control systems, dan lain-lain
wassalam..
Posts
