Hva er memristorer, og hvor gjelder de?

Navnet "memristor" kommer fra to ord - minne og motstand. Denne mikroelektroniske komponenten er en slags passiv komponent, en motstand, men i motsetning til en konvensjonell motstand, har en memristor et slags minne.

Hovedpoenget er at memristoren endrer ledningsevnen i samsvar med mengden elektrisk ladning som strømmer gjennom den - avhengig av integralverdien over tid som går gjennom den aktuelle komponenten. En memristor kan beskrives som en to-terminal med en ikke-lineær CVC, og med en viss hysterese.

Et nytt ord i verden av databehandling

På begynnelsen av 70-tallet foreslo den amerikanske professoren Leon Chua en teoretisk modell, som beskrev forholdet mellom spenningen som ble påført elementet og strømintegralet over tid.

I mange år forble teorien om professor Chua en teori, og bare i 2008 opprettet en gruppe forskere fra Hewlett-Packard, ledet av Stanley Williams, i laboratoriet en prøve av et minneelement som oppførte seg som den teoretisk beskrevne memristoren, selv om den var forskjellig fra den foreslåtte memristoren tidligere teoretisk modell.

Enheten støttet ikke magnetisk strøm som en induktor, akkumulerte ikke en elektrisk ladning som en kondensator, og oppførte seg ikke i det hele tatt som en vanlig motstand. Den fjerde komponenten! Dens ledende egenskaper har endret seg på grunn av kjemiske transformasjoner i en to-lags titandioksidfilm som er 5 nm tykk.

Det første laget av filmen er tom for oksygen, og derfor, når en elektrisk spenning tilføres denne nanoioniske anordningen (gjennom platinaelektroder), begynner ledige oksygensteder å migrere mellom det første og det andre laget, noe som fører til en endring i motstanden til enheten.

Allerede på dette stadiet er det tydelig at hysteresefenomenet tillater bruk av memristorer som minneceller, og i noen aspekter av elektronikk vil de sannsynligvis kunne erstatte seg selv halvledertransistorer.

Brede utsikter til implementering av memristors

I teorien kan memristor-minne vise seg å være raskere og tettere enn flashminnet som er vanlig i dag, og i form av blokker kan det erstatte hovedminnet.

Siden memristors på en eller annen måte lagrer ladingen som ble passert gjennom dem, vil dette i prinsippet la datamaskiner til å nekte å laste operativsystemet i det hele tatt hver gang datamaskinen slås på etter avslutning, og når den er slått på, å starte arbeidet umiddelbart, gjenoppta det fra den sist lagrede OS-tilstanden.

Hewlett-Packard og Hynix har allerede uttalt at teknologien i utgangspunktet er klar for implementering. Tilbake i 2014 publiserte de sitt prosjekt for supermaskinen "The Machine", og i 2016 demonstrerte de prototypen - med minne basert på memristors og fiberoptiske kommunikasjonslinjer. Kommersialisering har ennå ikke funnet sted, men forventes de kommende årene.

I prinsippet er memristors ikke bare egnet for lagring av data, de kan også delta i behandlingen av informasjon, dessuten kan den samme minneenheten utføre begge funksjonene.

Hypotetisk, i nær fremtid, vil memristors bidra til å lage kunstige synapser som en del av kunstige nevrale nettverk, og produkter kan bygges på standard mikrochiputstyr. En memristor oppfører seg på en veldig lik måte som en synapse: jo større signalet passerer gjennom det, jo bedre passerer det signalet i fremtiden.

Generelt er utsiktene for implementering av memristors ganske brede. Energieffektive datasystemer med dynamisk minne med evnen til å opprettholde gjeldende tilstand selv etter at du har slått av strømmen - dette er et veldig sterkt sprang fremover.

I horisonten oppnås i det minste en forbedret klasse av integrerte kretsløp der fordelene ved kondensatorer og induktanser (når det gjelder evnen til å opprettholde tilstanden) oppnås ved nanoskalaen. Fjernmåling, kunstige nevromorfiske biologiske systemer, etc.

Gitt den økende bruken av sky computing og den moderne skalaen av Big data, vil behovet for kraftige maskinvarekomponenter bare vokse, noe som betyr at begynnelsen på den raske veksten i memristor markedet bare er et spørsmål om tid. I tillegg, hvis vi tar hensyn til utsiktene (med introduksjon av memristors) for å øke produktiviteten med senkende varmeutvikling, blir det logisk at i nær fremtid vil vanskene knyttet til den nåværende kompleksiteten til memristors som produkter bli overvunnet.

Her er bare ti store industriaktører i dag: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC og Knowm, Inc.

Kunstig hjerne er rett rundt hjørnet

Selvfølgelig er praksis fortsatt langt borte, men konturene av ideen er allerede truende. Den menneskelige hjernebarken har en synapstetthet på 1 000 000 000 per kvadratcentimeter, men for all sin kompleksitet bruker synapene i hjernen ekstremt lav effekt. Deres ikke-lineære dynamikk og evne til å bevare minner i flere tiår har forskere alltid overrasket.

Målet om å lage en elektronisk modell av hjernen med elektroniske synapseekvivalenter virket uoppnåelig. Men i dag, når arbeidet med memristor-enheter pågår, har ingeniører fått håp om å nærme seg reproduksjon av arkitekturen til en ekte hjerne basert på elektronikk, og som kan tilpasse seg miljøet.

Comments

[#1 Oleg]

Takk Det gjenstår å forklare at det er en integral og en integral over tid. Og det er bedre å helt uten dette konseptet. Selv om det undervises på moderne skoler.