ROM baseada em DNA
Fundação Nacional de Ciência (NSF) e Semiconductor Research Corp. A SRC está investindo US $ 12 milhões no desenvolvimento de uma nova classe de memória e outras tecnologias - em particular, memória permanente baseada em DNA, memória em ácido nucleico (NAM) e redes neurais baseadas em células de levedura.
A iniciativa foi chamada de Biologia Sintética de Semicondutores para Tecnologias de Processamento e Armazenamento de Informações, SemiSynBio. SemiSynBio é um projeto conjunto da NSF e SRC.
A memória existente é confiável e barata, mas possui certas limitações. O setor está trabalhando em uma onda de tipos de
memória de última geração -
memória de acesso aleatório magnetoresistiva (MRAM),
memória de estado de fase e memória resistiva de acesso aleatório (ReRAM). É uma memória não volátil com durabilidade ilimitada.
Os pesquisadores também estão trabalhando em uma variedade de tipos biológicos de memória. Estruturas biológicas combinadas à tecnologia de semicondutores são capazes de armazenar 1000 vezes mais dados do que as tecnologias atuais e retê-los por cem anos ou mais, enquanto consomem menos energia.
Por exemplo, a indústria está trabalhando em tecnologias de armazenamento de arquivos usando
ácido desoxirribonucleico (DNA). O DNA é uma plataforma promissora para armazenar informações em dispositivos eletrônicos de próxima geração. O DNA não se degrada com o tempo e é muito compacto. Ele pode ser usado para armazenar uma quantidade enorme de dados em uma quantidade muito pequena por um período muito longo.
Os pesquisadores usam o DNA, a principal molécula que codifica a informação genética em biologia, como um bloco de construção programável - o bloco molecular LEGO - para criar materiais complexos com propriedades especiaisMais e mais empresas estão trabalhando no armazenamento de informações no DNA. Por exemplo, no ano passado, a Twist Bioscience, a Microsoft e a Universidade de Washington conseguiram salvar as gravações em áudio de duas apresentações musicais no Montreux Jazz Festival na memória do DNA.
Nos computadores, unidades de informação individuais são armazenadas na forma de zeros e uns, um código binário. As moléculas de DNA codificam informações através de sequências de unidades individuais. Nas moléculas de DNA, essas unidades são quatro bases nucleicas diferentes:
adenina (A),
citosina (C),
guanina (G) e
timina (T).
Para codificar música em cópias de DNA para armazenamento de arquivos, a Twist Bioscience, Microsoft e a Universidade de Washington desenvolveram um processo de quatro etapas: codificação de DNA, síntese de conservação, extração e decodificação.
Mas existem vários obstáculos técnicos e fundamentais para a implementação do armazenamento de DNA.
O programa SemiSynBio foi inventado pela indústria para superar esses problemas. Em um dos projetos desta iniciativa, a Universidade da Califórnia em Davis, a Universidade de Washington e a Universidade Emory estão desenvolvendo ROMs baseadas em DNA. O objetivo é criar um dispositivo que possa ser programado conforme desejado, lido eletronicamente e combinado com semicondutores convencionais, fornecendo armazenamento e recuperação de dados a longo prazo. Para esse fim, os pesquisadores desenvolveram várias tecnologias:
- Nanofios de DNA. Eles serão cultivados usando o processo de auto-montagem de baixo para cima, com aditivos moleculares e iônicos, e o crescimento padronizado de estruturas inorgânicas.
- Regras para o desenvolvimento de células de memória multinível baseadas em DNA.
- Desenvolvimento de ROMs reticuladas baseadas em DNA.
Além da ROM de DNA, o SemiSynBio também financia outros projetos - sistemas de armazenamento de dados em um chip em escala nanométrica usando DNA quimérico, armazenamento de dados em DNA usando leitura baseada em nanoporos, memória em ácido nucleico, bioeletrônica baseada em reações redox e YeastOns. Leveduras são redes neurais baseadas em comunicações entre células de leveduras.
Como parte do programa, a Universidade de Idaho, em Boise, está desenvolvendo a memória de ácido nucleico (NAM). Eles já possuem dois protótipos de mídia - NAM digital (dNAM) e NAM serial (seqNAM).
“No dNAM, as informações são codificadas através de uma orientação espacial específica das seqüências de DNA sobre as nanoestruturas de origami de DNA endereçáveis, chamadas nós de armazenamento NAM. O DNA do origami fornece uma maneira conveniente e uma abordagem comprovada para a prototipagem rápida e eficiente das estruturas nodais do NAM ”, disse a NSF. "No seqNAM, as informações são codificadas em pedaços de segmentos de dados contidos em cadeias moleculares separadas."
Dawn Tilbury, diretor assistente de engenharia da NSF, disse: “Os recursos que temos hoje avançaram drasticamente em comparação com algumas décadas atrás, mas materiais como o silício têm limitações físicas que impedem cálculos em escalas muito pequenas. Os materiais e esquemas baseados em biologia sugerem oportunidades muito interessantes que podem superar esses obstáculos, além disso, com menores custos de energia. ”
Erwin Gianchandani, vice-diretor interino de Ciência da Computação, Informação e Engenharia da NSF, acrescentou: “Este estudo abrirá o caminho para dispositivos com muito mais recursos de armazenamento e muito menos energia. Imagine, por exemplo, que possamos gravar todo o conteúdo da
Biblioteca do Congresso em um dispositivo do tamanho de sua unha. ”
Substratos OxRAM
O Laboratório de Eletrônica e Tecnologia da Informação (LETI) da CEA Tech e o Centro de Serviços CMP, que prototipam e fabricam pequenos lotes de circuitos integrados e circuitos
microeletromecânicos , introduziram o primeiro processo industrial para produzir substratos multiuso (multiproject wafer, MPW) para a fabricação de dispositivos OxRAM de 200 mm a plataforma.
OxRAM é uma nova memória não volátil, um subconjunto de memória resistiva (ReRAM). Em geral, existem dois tipos principais de ReRAM - ReRAM com deficiência de oxigênio e CBRAM. ReRAM com deficiência de oxigênio é conhecido como ReRAM à base de óxido, ou OxRAM. O OxRAM pode ser usado como memória interna em microcontroladores ou produtos da área de segurança, bem como para acelerar o trabalho de IA e cálculos neuromórficos.
Estrutura OxRAMA produção de substratos multiuso vai para a linha LETI CMOS de 200 mm. O serviço permite o desenvolvimento da OxRAM. Ele inclui um conjunto de máscaras chamado "Demonstrador avançado de memória" (MAD) usando a tecnologia OxRAM. A nova plataforma tecnológica será baseada em camadas ativas de óxidos de háfnio com a adição de titânio. Essa tecnologia vem completa com exemplos práticos de design, incluindo layouts, controle de qualidade e simulações. São fornecidas bibliotecas com um grande número de componentes eletro-ópticos ativos e passivos.
Etienne Novak, chefe do Laboratório de Memória Avançada da LETI, disse: “Esse recurso, junto com nossa plataforma de demonstração de memória avançada, baseia-se em um grande conjunto de ferramentas que nos permitem realizar vários estudos em conjunto com nossos parceiros e fornece a capacidade de verificar a eficácia de várias soluções no campo da memória não volátil” .
Jean-Christophe Krebier, diretor do CMP, acrescentou: "Esta é uma oportunidade para muitas universidades, startups e pequenas empresas na França, Europa, América do Norte e Ásia aproveitarem as novas tecnologias e serviços".
Microscopia biológica
O IMEC recebeu uma doação de 1,5 milhão de euros para o desenvolvimento de microscopia ultracompacta baseada em fotônica em sensores de chip e imagem no CMOS. O IMEC desenvolverá uma tecnologia chamada Microscopia Integrada em um Chip com Iluminação Estruturada de Alta Resolução (IROCSIM). Esta tecnologia pode ser usada no [estudo] de DNA, biologia e medicina.
Niels Werellen, pesquisador chefe de fotônica e gerente de projetos do IMEC, disse: “A microscopia compacta e de alto desempenho e alta resolução causará grandes mudanças no campo da pesquisa biológica, na facilitação do acesso à tecnologia de sequenciamento de DNA, no diagnóstico de certas doenças, no estudo de novos medicamentos em farmacologia, e fazendo diagnósticos para pacientes em locais remotos ".