Vad är memristorer och var är de tillämpliga?

Namnet "memristor" kommer från två ord - minne och motstånd. Denna mikroelektroniska komponent är en typ av passiv komponent, ett motstånd, men till skillnad från ett konventionellt motstånd har en memristor ett slags minne.

Slutsatsen är att memristorn ändrar sin ledningsförmåga i enlighet med mängden elektrisk laddning som strömmar genom den - beroende på värdet på integralen över tiden som passerar genom den aktuella komponenten. En memristor kan beskrivas som en två-terminal med en icke-linjär CVC, och med en viss hysteres.

Ett nytt ord i datorvärlden

I början av 70-talet föreslog den amerikanska professorn Leon Chua en teoretisk modell som beskrev förhållandet mellan spänningen som applicerades på elementet och den nuvarande integralen över tid.

Under många år förblev teorin om professor Chua en teori, och först 2008 skapade en grupp forskare från Hewlett-Packard, ledd av Stanley Williams, i laboratoriet ett prov av ett minneelement som uppförde sig som en teoretiskt beskrivet memristor, även om det skilde sig från den föreslagna memristorn tidigare teoretisk modell.

Enheten stödde inte magnetflöde som en induktor, samlade inte en elektrisk laddning som en kondensator, och uppförde sig inte alls som en normal motstånd. Den fjärde komponenten! Dess ledande egenskaper förändrades på grund av kemiska omvandlingar i en tvåskikts titandioxidfilm 5 mm tjock.

Det första lagret i filmen tappas av syre, och därför, när en elektrisk spänning appliceras på denna nanojoniska anordning (genom platinaelektroder), börjar lediga syreplatser migrera mellan det första och det andra lagret, vilket leder till en förändring i anordningens motstånd.

Redan i detta skede är det uppenbart att hysteresfenomenet möjliggör användning av memristorer som minneceller, och i vissa aspekter av elektronik kan de sannolikt kunna ersätta sig själva halvledartransistorer.

Breda möjligheter för implementering av memristors

I teorin kan memristorminnet visa sig vara snabbare och tätare än det flashminne som är vanligt i dag, och i form av block kan det ersätta huvudminnet.

Eftersom memristorer på något sätt memorerar laddningen som passerat genom dem, skulle detta i princip låta datorer vägra att ladda operativsystemet varje gång datorn slås på efter avstängning, och när den är påslagen, att starta omedelbart, återuppta den från det senast sparade OS-tillståndet.

Hewlett-Packard och Hynix har redan sagt att tekniken i princip är redo för implementering. Redan 2014 publicerade de sitt projekt för superdatorn “The Machine” och 2016 demonstrerade de dess prototyp - med minne baserat på memristorer och fiberoptiska kommunikationslinjer. Kommersialisering har ännu inte skett men förväntas under de kommande åren.

I princip är memristorer lämpliga inte bara för datalagring, de kan också delta i behandlingen av information, dessutom kan samma minnesenhet utföra båda funktionerna.

Hypotetiskt kommer memristorer inom en snar framtid att hjälpa till att skapa konstgjorda synapser som en del av konstgjorda neurala nätverk, och produkter kan byggas på standard mikrochiputrustning. En memristor uppför sig på ett mycket lika sätt som en synapse: ju större signalen passerar genom den, desto bättre passerar den signalen i framtiden.

Generellt sett är utsikterna för implementering av memristorer ganska stora. Energisnåla datorsystem med dynamiskt minne med förmågan att bibehålla det aktuella tillståndet även efter att ha stängt av strömmen - detta är ett mycket starkt steg framåt.

I horisonten åtminstone uppnås en förbättrad klass av integrerade kretsar där fördelarna med kondensatorer och induktanser (vad gäller förmågan att bibehålla sitt tillstånd) uppnås vid nanoskalan. Fjärranalys, artificiella neuromorfiska biologiska system, etc.

Med tanke på den växande användningen av molnberäkning och den moderna skalan av Big data kommer behovet av kraftfulla hårdvarukomponenter bara att växa, vilket innebär att början på den snabba tillväxten av memristormarknaden bara är en tidsfråga. Om vi ​​dessutom tar hänsyn till utsikterna (med införandet av memristorer) för att öka produktiviteten genom att sänka värmeproduktionen, blir det logiskt att inom en snar framtid svårigheterna i samband med den nuvarande komplexiteten hos memristorer som produkter kommer att övervinnas.

Här är bara tio stora branschaktörer idag: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC och Knowm, Inc.

Konstgjord hjärna är precis runt hörnet

Naturligtvis är praxis fortfarande långt borta, men idéerna har redan kommit över. Den mänskliga hjärnbarken har en synapstäthet på 1 000 000 000 per kvadratcentimeter, men för alla dess komplexitet förbrukar synapserna i hjärnan extremt låg effekt. Deras olinjära dynamik och förmåga att bevara minnen i decennier har alltid förvånat forskare.

Målet att skapa en elektronisk modell av hjärnan med elektroniska synapekvivalenter verkade ouppnåeligt. Men idag, när arbetet med memristor-enheter pågår, har ingenjörer fått förhoppning om att närma sig reproduktionen av en riktig hjärns arkitektur baserad på elektronik, som kan anpassa sig till miljön.