ROM basada en ADN
National Science Foundation (NSF) y Semiconductor Research Corp. (SRC) está invirtiendo $ 12 millones en el desarrollo de una nueva clase de memoria y otras tecnologías, en particular, memoria permanente basada en ADN, memoria en ácido nucleico (NAM) y redes neuronales basadas en células de levadura.
La iniciativa se llamó Semiconductor Synthetic Biology for Information Processing and Storage Technologies, SemiSynBio. SemiSynBio es un proyecto conjunto de NSF y SRC.
La memoria existente es confiable y barata, pero tiene ciertas limitaciones. La industria está trabajando en una ola de tipos de memoria de próxima generación: memoria de
acceso aleatorio magnetorresistivo (MRAM),
memoria de estado de fase y memoria resistiva de acceso aleatorio (ReRAM). Es una memoria no volátil con durabilidad ilimitada.
Los investigadores también están trabajando en una variedad de tipos biológicos de memoria. Las estructuras biológicas combinadas con la tecnología de semiconductores son capaces de almacenar 1000 veces más datos que las tecnologías actuales y retener estos datos durante cien años o más, mientras consumen menos energía.
Por ejemplo, la industria está trabajando en tecnologías de almacenamiento de archivos utilizando
ácido desoxirribonucleico (ADN). DNA es una plataforma prometedora para almacenar información en dispositivos electrónicos de próxima generación. El ADN no se degrada con el tiempo y es muy compacto. Se puede utilizar para almacenar una gran cantidad de datos en una cantidad muy pequeña durante mucho tiempo.
Los investigadores usan el ADN, la molécula principal que codifica la información genética en biología, como un bloque de construcción programable, el bloque molecular LEGO, para crear materiales complejos con propiedades especiales.Cada vez más empresas están trabajando para almacenar información en el ADN. Por ejemplo, el año pasado Twist Bioscience, Microsoft y la Universidad de Washington lograron guardar las grabaciones de audio de dos actuaciones musicales en el Montreux Jazz Festival en memoria de ADN.
En las computadoras, las unidades individuales de información se almacenan en forma de ceros y unos, un código binario. Las moléculas de ADN codifican información a través de secuencias de unidades individuales. En las moléculas de ADN, estas unidades son cuatro bases nucleicas diferentes:
adenina (A),
citosina (C),
guanina (G) y
timina (T).
Para codificar música en copias de ADN destinadas al almacenamiento de archivos, Twist Bioscience, Microsoft y la Universidad de Washington desarrollaron un proceso de cuatro pasos: codificación de ADN, síntesis de conservación, extracción y decodificación.
Pero existen varios obstáculos técnicos y fundamentales para la implementación del almacenamiento de ADN.
El programa SemiSynBio fue inventado por la industria para superar estos problemas. En uno de los proyectos de esta iniciativa, la Universidad de California en Davis, la Universidad de Washington y la Universidad Emory están desarrollando ROM basadas en ADN. El objetivo es crear un dispositivo que pueda programarse como se desee, leerse electrónicamente y combinarse con semiconductores convencionales, proporcionando almacenamiento y recuperación de datos a largo plazo. Para este fin, los investigadores han desarrollado varias tecnologías:
- Nanocables de ADN. Se cultivarán utilizando el proceso de autoensamblaje ascendente, con aditivos moleculares e iónicos, y el crecimiento modelado de estructuras inorgánicas.
- Reglas para el desarrollo de células de memoria basadas en ADN multinivel.
- Desarrollo de ROM reticuladas basadas en ADN.
Además de DNA ROM, SemiSynBio también financia otros proyectos: sistemas de almacenamiento de datos en un chip a escala nanométrica utilizando ADN quimérico, almacenamiento de datos en ADN utilizando lectura basada en nanoporos, memoria en ácido nucleico, bioelectrónica basada en reacciones redox y YeastOns. YeastOns son redes neuronales basadas en comunicaciones entre células de levadura.
Como parte del programa, la Universidad de Idaho en Boise está desarrollando memoria de ácido nucleico (NAM). Ya tienen dos prototipos de medios: NAM digital (dNAM) y NAM serie (seqNAM).
“En dNAM, la información se codifica a través de una orientación espacial específica de secuencias de ADN en la parte superior de nanoestructuras de origami de ADN direccionables llamadas nodos de almacenamiento NAM. Origami DNA proporciona una manera conveniente y un enfoque comprobado para la creación rápida y eficiente de prototipos de estructuras nodales NAM ”, dijo NSF. "En seqNAM, la información se codifica en fragmentos de segmentos de datos contenidos en cadenas moleculares separadas".
Dawn Tilbury, Subdirector de Ingeniería de NSF, dijo: “Las capacidades que tenemos hoy han avanzado dramáticamente en comparación con hace unas décadas, pero los materiales como el silicio tienen limitaciones físicas que retrasan los cálculos en escalas muy pequeñas. Los materiales y esquemas basados en la biología sugieren oportunidades muy interesantes que pueden superar estos obstáculos, además, con menores costos de energía ”.
Erwin Gianchandani, Subdirector Interino de Ciencias de la Computación, Información e Ingeniería de NSF, agregó: “Este estudio allanará el camino para dispositivos con capacidades de almacenamiento mucho mayores y requisitos de energía mucho menores. Imagine, por ejemplo, que podemos grabar todo el contenido de la
Biblioteca del Congreso en un dispositivo del tamaño de su uña ".
Sustratos OxRAM
El Laboratorio de Electrónica y Tecnología de la Información (LETI) de CEA Tech y el Centro de Servicio CMP, que prototipa y fabrica pequeños lotes de circuitos integrados y circuitos
microelectromecánicos , introdujo el primer proceso industrial para producir sustratos multipropósito (multi-project-wafer, MPW) para la fabricación de dispositivos OxRAM de 200 mm. La plataforma.
OxRAM es una nueva memoria no volátil, un subconjunto de memoria resistiva (ReRAM). En general, hay dos tipos principales de ReRAM: ReRAM con deficiencia de oxígeno y CBRAM. ReRAM deficiente en oxígeno se conoce como ReRAM a base de óxido u OxRAM. OxRAM se puede usar como memoria interna en microcontroladores o productos del campo de la seguridad, así como para acelerar el trabajo de AI y los cálculos neuromórficos.
Estructura OxRAMLa producción de sustratos multiusos se destina a la línea LETI CMOS de 200 mm. El servicio permite el desarrollo de OxRAM. Incluye un conjunto de máscaras llamado "Demostrador avanzado de memoria" (MAD) que utiliza la tecnología OxRAM. La nueva plataforma tecnológica se basará en capas activas de óxidos de hafnio con la adición de titanio. Esta tecnología se completa con ejemplos prácticos de diseño, incluidos diseños, control de calidad y simulaciones. Se proporcionan bibliotecas con una gran cantidad de componentes electroópticos activos y pasivos.
Etienne Novak, jefe del Laboratorio de Memoria Avanzada de LETI, dijo: "Esta característica, junto con nuestra plataforma de demostración de memoria avanzada, se basa en un amplio conjunto de herramientas que nos permite realizar varios estudios junto con nuestros socios, y proporciona la capacidad de verificar la efectividad de varias soluciones en el campo de la memoria no volátil" .
Jean-Christophe Krebier, Director de CMP, agregó: "Esta es una oportunidad para muchas universidades, nuevas empresas y pequeñas empresas en Francia, Europa, América del Norte y Asia para aprovechar la nueva tecnología y servicio".
Microscopía biológica
IMEC recibió una subvención de 1,5 millones de euros para el desarrollo de microscopía ultracompacta basada en fotónica en un chip y sensores de imagen en CMOS. IMEC desarrollará una tecnología llamada Microscopía Integrada en un Chip con Iluminación Estructurada de Alta Resolución (IROCSIM). Esta tecnología se puede utilizar en el [estudio] del ADN, la biología y la medicina.
Niels Werellen, investigador jefe de fotónica y gerente de proyectos en IMEC, dijo: "La microscopía de alta resolución compacta y de alto rendimiento causará cambios importantes en el campo de la investigación biológica, al facilitar el acceso a la tecnología de secuenciación de ADN, en el diagnóstico de ciertas enfermedades, en el estudio de nuevos medicamentos en farmacología, y hacer diagnósticos para pacientes en lugares remotos ".