Mitä ovat muistuttajat ja missä niitä voidaan soveltaa?

Nimi "memristor" tulee kahdesta sanasta - muisti ja vastus. Tämä mikroelektroninen komponentti on eräänlainen passiivinen komponentti, vastus, mutta toisin kuin tavanomainen vastus, memristorilla on eräänlainen muisti.

Tärkeintä on, että memristori muuttaa johtokykyään sen läpi virtaavan sähkövarauksen määrän mukaan - riippuen integraalin arvosta ajan kuluessa, joka kulkee nykyisen komponentin läpi. Memristori voidaan kuvata kaksipäätteenä epälineaarisella CVC: llä ja tietyllä hystereesillä.

Uusi sana tietotekniikan maailmassa

70-luvun alkupuolella amerikkalainen professori Leon Chua ehdotti teoreettista mallia, joka kuvasi elementtiin kohdistetun jännitteen ja nykyisen integraalin välistä suhdetta ajan myötä.

Professori Chuan teoria pysyi teoriana monien vuosien ajan, ja vasta vuonna 2008 Stanley Williamsin johtama Hewlett-Packardin tutkijoiden ryhmä loi laboratoriossa näytteen muistielementistä, joka käyttäytyi samalla tavalla kuin teoreettisesti kuvattu muisti, vaikka se oli erilainen kuin ehdotettu muisti. aikaisempi teoreettinen malli.

Laite ei tukenut magneettivuota kuten induktori, ei kerännyt sähkövarausta kuin kondensaattori, eikä käyttäytynyt lainkaan kuin normaali vastus. Neljäs komponentti! Sen johtavat ominaisuudet muuttuivat kemiallisten muutosten takia kaksikerroksisessa titaanidioksidikalvossa, jonka paksuus oli 5 nm.

Kalvon ensimmäisessä kerroksessa on happea tyhjentynyt, ja siksi, kun tähän nanoioniseen laitteeseen johdetaan sähköjännitettä (platinaelektrodien kautta), tyhjät happikohdat alkavat kulkea ensimmäisen ja toisen kerroksen välillä, mikä johtaa muutokseen laitteen vastuksessa.

Jo tässä vaiheessa on selvää, että hystereesi-ilmiö sallii muistien käyttämisen muistisoluina, ja joillakin elektroniikan näkökohdilla ne todennäköisesti pystyvät korvaamaan itsensä puolijohde transistorit.

Laaja näkymä muistajien toteuttamiselle

Teoriassa memristorimuisti voi osoittautua nopeammaksi ja tiheämmäksi kuin nykyään yleinen flash-muisti, ja se voi lohkojen muodossa korvata päämuistin.

Koska muistuttajat muistavat jotenkin heidän läpi kuluneen latauksen, periaatteessa tämä mahdollistaisi tietokoneiden kieltäytyä lataamasta käyttöjärjestelmää lainkaan aina, kun tietokone kytketään päälle sammutuksen jälkeen, ja kun se kytketään päälle, aloittaa työskentely heti, jatkamalla sitä viimeisestä tallennetusta käyttöjärjestelmätilasta.

Hewlett-Packard ja Hynix ovat jo todenneet, että tekniikka on pohjimmiltaan valmis käyttöönottoa varten. Vuonna 2014 he julkaisivat The Machine -supertietokonetta koskevan projektinsa ja vuonna 2016 he esittelivat sen prototyypin - muistilla, joka perustuu muistilaitteisiin ja kuituoptisiin viestintälinjoihin. Kaupallistamista ei ole vielä tapahtunut, mutta sen odotetaan tapahtuvan tulevina vuosina.

Periaatteessa muistilaitteet eivät sovellu pelkästään tietojen varastointiin, vaan ne voivat myös osallistua tiedon käsittelyyn, lisäksi sama muistiyksikkö voi suorittaa molemmat toiminnot.

Hypoteettisesti, lähitulevaisuudessa muokkaimet auttavat luomaan keinotekoisia synapsia osana keinotekoisia hermoverkkoja, ja tuotteet voidaan rakentaa tavallisille mikrosirulaitteille. Memristori käyttäytyy hyvin samalla tavoin kuin synapsi: mitä suurempi signaali kulkee sen läpi, sitä paremmin se kulkee signaalin tulevaisuudessa.

Yleensä näkymät hävittäjien toteuttamiselle ovat melko laajat. Energiatehokkaat laskentajärjestelmät, joissa on dynaaminen muisti ja jotka pystyvät ylläpitämään nykyistä tilaa myös virran katkaisun jälkeen - tämä on erittäin vahva harppaus.

Ainakin horisontissa parannettu integroitujen piirien luokka, jossa kondensaattorien ja induktanssien edut (kykyyn ylläpitää tilaa) saavutetaan nanomittakaavassa. Kaukokartoitus, keinotekoiset neuromorfiset biologiset järjestelmät jne.

Kun otetaan huomioon pilvilaskennan lisääntyvä käyttö ja nykyaikainen suurdatan mittakaava, voimakkaiden laitteistokomponenttien tarve kasvaa vain, mikä tarkoittaa, että memistorimarkkinoiden nopean kasvun alku on vain ajan kysymys. Lisäksi, jos otamme huomioon tuottavuuden lisääntymisen (ottamalla käyttöön muistilaitteita) vähentämällä lämmönkulutusta, on loogista, että lähitulevaisuudessa selviytyvät vaikeudet, jotka liittyvät muistivien nykyiseen monimutkaisuuteen tuotteina.

Tässä on vain kymmenen suurta alan toimijaa tänään: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC ja Knowm, Inc.

Keinotekoiset aivot ovat aivan nurkan takana

Harjoittelu on tietysti vielä kaukana, mutta idean ääriviivat ovat jo edessä. Ihmisen aivokuoren synapsitiheys on 1 000 000 000 neliö senttimetriä kohden, mutta kaikessa sen monimutkaisuudessa aivojen synapsit kuluttavat erittäin vähän virtaa. Heidän epälineaarinen dynamiikka ja kyky säilyttää muistoja vuosikymmenien ajan ovat aina hämmästyneet tutkijoita.

Tavoite luoda aivojen sähköinen malli elektronisilla synapsiekvivalentteilla vaikutti saavuttamattomalta. Mutta tänään, kun memistorilaitteiden parissa työskennellään, insinöörit ovat saaneet toivoa päästä lähemmäksi todellisten aivojen arkkitehtuurin uusintaa, joka perustuu elektroniikkaan, joka voi mukautua ympäristöön.