Čo sú memristori a kde sú uplatniteľné?

Názov "memristor" pochádza z dvoch slov - pamäť a odpor. Tento mikroelektronický komponent je druh pasívneho komponentu, odpor, ale na rozdiel od konvenčného odporu má memristor druh pamäte.

Pointa je, že memristor mení svoju vodivosť v súlade s množstvom elektrického náboja, ktorý ním preteká - v závislosti od hodnoty integrálu v priebehu času, ktorý prechádza aktuálnym komponentom. Memristor možno opísať ako dvojkoncový s nelineárnym CVC a s určitou hysteréziou.

Nové slovo vo svete výpočtovej techniky

Na začiatku 70. rokov navrhol americký profesor Leon Chua teoretický model, ktorý popisuje vzťah medzi napätím aplikovaným na prvok a súčasným integrálom v priebehu času.

Po mnoho rokov zostala teória profesora Chua teóriou a až v roku 2008 skupina vedcov z Hewlett-Packard, ktorú viedol Stanley Williams, vytvorila v laboratóriu vzorku pamäťového prvku, ktorý sa správal ako teoreticky opísaný memristor, hoci sa líši od navrhovaného memristora. skorší teoretický model.

Zariadenie nepodporovalo magnetický tok ako induktor, nenakumulovalo elektrický náboj ako kondenzátora vôbec sa nechovali ako normálny odpor. Štvrtá zložka! Jeho vodivé vlastnosti sa zmenili v dôsledku chemickej premeny dvojvrstvového filmu oxidu titaničitého s hrúbkou 5 nm.

Prvá vrstva filmu je zbavená kyslíka, a preto, keď je na toto nanoiónové zariadenie (prostredníctvom platinových elektród) privedené elektrické napätie, voľné miesta pre kyslík začínajú migrovať medzi prvou a druhou vrstvou, čo vedie k zmene odporu zariadenia.

Už v tejto fáze je zrejmé, že jav hysterézie umožňuje použitie pamätníkov ako pamäťových buniek a v niektorých aspektoch elektroniky je pravdepodobné, že sa dokážu sami nahradiť. polovodičové tranzistory.

Široké vyhliadky na implementáciu pamätníkov

Teoreticky sa môže stať, že pamäť memristora bude rýchlejšia a hustejšia ako flash pamäť bežná dnes a vo forme blokov môže nahradiť hlavnú pamäť.

Keďže pamätníci nejako zapamätávajú poplatok, ktorý prešiel, v zásade by to počítačom umožnilo odmietnuť načítať operačný systém vždy, keď je počítač zapnutý po vypnutí a keď je zapnutý, okamžite začať pracovať a obnoviť ho z posledného uloženého stavu operačného systému.

Spoločnosti Hewlett-Packard a Hynix už uviedli, že táto technológia je v zásade pripravená na implementáciu. V roku 2014 publikovali svoj projekt pre superpočítač „The Machine“ av roku 2016 predstavili svoj prototyp - s pamäťou založenou na pamätníkoch a optických komunikačných linkách. Komercializácia sa zatiaľ neuskutočnila, očakáva sa však v nasledujúcich rokoch.

Memristory sú v zásade vhodné nielen na ukladanie údajov, môžu sa tiež podieľať na spracovaní informácií, navyše môže rovnaká pamäťová jednotka vykonávať obe funkcie.

Hypoteticky v blízkej budúcnosti memristori pomôžu vytvoriť umelé synapsie ako súčasť umelých neurónových sietí a produkty môžu byť postavené na štandardných mikročipových zariadeniach. Memristor sa chová veľmi podobne ako synapsia: čím väčší signál prechádza, tým lepšie prechádza v budúcnosti.

Vyhliadky na implementáciu pamätníkov sú vo všeobecnosti dosť široké. Energeticky efektívne počítačové systémy s dynamickou pamäťou so schopnosťou udržať aktuálny stav aj po vypnutí napájania - to je veľmi výrazný skok vpred.

Aspoň na obzore sa dosiahne zlepšená trieda integrovaných obvodov, v ktorých budú výhody kondenzátorov a indukčnosti (pokiaľ ide o schopnosť udržiavať ich stav) dosiahnuté na úrovni nanorozmerov. Diaľkové snímanie, umelé neuromorfické biologické systémy atď.

Vzhľadom na rastúce využívanie cloud computingu a moderný rozsah veľkých dát sa potreba výkonných hardvérových komponentov bude zvyšovať, čo znamená, že začiatok rýchleho rastu trhu memristorov je len otázkou času. Okrem toho, ak vezmeme do úvahy vyhliadky (so zavedením pamätníkov) na zvýšenie produktivity so znížením tvorby tepla, je logické, že v blízkej budúcnosti sa prekonajú ťažkosti spojené so súčasnou zložitosťou pamätníkov ako výrobkov.

Dnes je tu len desať hlavných priemyselných hráčov: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC a Knowm, Inc.

Umelý mozog je hneď za rohom

Prax je, samozrejme, stále ďaleko, ale obrysy myšlienky sa už blížia. Ľudská mozgová kôra má hustotu synapsií 1 000 000 000 na štvorcový centimeter, ale synapsie v mozgu sú z celej svojej zložitosti konzumované mimoriadne nízko. Ich nelineárna dynamika a schopnosť uchovať spomienky po celé desaťročia vedci vždy ohromili.

Cieľ vytvoriť elektronický model mozgu s ekvivalentmi elektronickej synapsie sa zdal nedosiahnuteľný. Ale dnes, keď prebiehajú práce na pamätných zariadeniach, inžinieri získali nádej, že sa priblížia k reprodukcii architektúry skutočného mozgu založeného na elektronike, ktorá sa dokáže prispôsobiť prostrediu.