Hvad er memristorer, og hvor gælder de?

Navnet "memristor" kommer fra to ord - hukommelse og modstand. Denne mikroelektroniske komponent er en slags passiv komponent, en modstand, men i modsætning til en konventionel modstand har en memristor en slags hukommelse.

Hovedpunkterne er, at memristoren ændrer sin ledningsevne i overensstemmelse med mængden af ​​elektrisk ladning, der strømmer gennem den - afhængigt af værdien af ​​integralen over tid, der passerer gennem den aktuelle komponent. En memristor kan beskrives som en to-terminal med en ikke-lineær CVC og med en bestemt hysterese.

Et nyt ord i computerenes verden

I de tidlige 70'ere foreslog den amerikanske professor Leon Chua en teoretisk model, der beskrev forholdet mellem spændingen, der blev påført elementet og den nuværende integral over tid.

I mange år forblev teorien om professor Chua en teori, og først i 2008 skabte en gruppe forskere fra Hewlett-Packard, ledet af Stanley Williams, i laboratoriet en prøve af et hukommelseselement, der opførte sig som en teoretisk beskrevet memristor, skønt den var forskellig fra den foreslåede memristor tidligere teoretisk model.

Enheden understøtter ikke magnetisk flux som en induktor, akkumulerede ikke en elektrisk ladning som en kondensator, og opførte sig slet ikke som en normal modstand. Den fjerde komponent! Dens ledende egenskaber er ændret på grund af kemiske transformationer i en to-lags titandioxidfilm, der er 5 nm tyk.

Det første lag af filmen er tom for ilt, og derfor, når en elektrisk spænding påføres denne nanoioniske enhed (gennem platinelektroder), begynder ledige iltsteder at migrere mellem det første og andet lag, hvilket fører til en ændring i enhedens modstand.

Allerede på dette stadium er det klart, at hysteresefænomenet tillader brugen af ​​memristorer som hukommelsesceller, og i nogle aspekter af elektronik vil de sandsynligvis være i stand til at erstatte sig selv halvledertransistorer.

Brede udsigter til implementering af memristors

I teorien kan hukommelse fra memristor vise sig at være hurtigere og tættere end den almindelige flashhukommelse i dag, og i form af blokke kan den erstatte hovedhukommelsen.

Da memristors på en eller anden måde husker den afgift, der er passeret gennem dem, ville dette i princippet give computere mulighed for at nægte at indlæse operativsystemet overalt, hver gang computeren tændes efter nedlukning, og når den tændes, til at starte arbejdet med det samme, genoptage det fra den sidst gemte OS-tilstand.

Hewlett-Packard og Hynix har allerede erklæret, at teknologien stort set er klar til implementering. Tilbage i 2014 offentliggjorde de deres projekt til supercomputeren “The Machine”, og i 2016 demonstrerede de dens prototype - med hukommelse baseret på memristors og fiberoptiske kommunikationslinjer. Kommercialisering har endnu ikke fundet sted, men forventes i de kommende år.

I princippet er memristorer ikke kun egnede til lagring af data, de kan også deltage i behandlingen af ​​information, desuden kan den samme hukommelsesenhed udføre begge funktioner.

Hypotetisk vil memristorer i den nærmeste fremtid hjælpe med at skabe kunstige synapser som en del af kunstige neurale netværk, og produkter kan bygges på standard mikrochipudstyr. Memristoren opfører sig på en meget lignende måde som en synapse: jo større signalet passerer gennem det, jo bedre passerer det signalet i fremtiden.

Generelt er udsigterne til implementering af memristors ganske store. Energieffektive computersystemer med dynamisk hukommelse med evnen til at opretholde den aktuelle tilstand, selv efter at der er slukket for strømmen - dette er et meget stærkt spring fremad.

I horisonten opnås i det mindste en forbedret klasse af integrerede kredsløb, hvor fordelene ved kondensatorer og induktanser (med hensyn til evnen til at opretholde deres tilstand) opnås ved nanoskalaen. Fjernmåling, kunstige neuromorfe biologiske systemer osv.

I betragtning af den voksende brug af cloud computing og den moderne skala af Big data vil behovet for kraftige hardwarekomponenter kun vokse, hvilket betyder, at begyndelsen på den hurtige vækst på memristor-markedet kun er et spørgsmål om tid. Hvis vi desuden tager højde for udsigten (med indførelsen af ​​memristorer) for at øge produktiviteten ved at sænke varmeproduktionen, bliver det logisk, at i den nærmeste fremtid vil vanskelighederne forbundet med den aktuelle kompleksitet af memristors som produkter blive overvundet.

Her er kun 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 lige rundt om hjørnet

Selvfølgelig er praksis stadig langt væk, men konturerne af ideen er allerede truende. Den menneskelige cerebrale cortex har en synapstæthed på 1.000.000.000 pr. Kvadratcentimeter, men for alle dens kompleksitet forbruger synapserne i hjernen ekstremt lav effekt. Deres ikke-lineære dynamik og evne til at bevare minder i årtier har altid forbløffet forskere.

Målet om at skabe en elektronisk model af hjernen med elektroniske synapseækvivalenter virkede uopnåeligt. Men i dag, når arbejdet med memristor-enheder er i gang, har ingeniører fået håb om at nærme sig gengivelse af arkitekturen for en rigtig hjerne baseret på elektronik, der er i stand til at tilpasse sig miljøet.

Comments

[#1 Oleg]

Tak Det gjenstår at forklare, at der er et integralt og et integralt over tid. Og det er bedre at helt undvære dette koncept. Selvom det undervises i moderne skoler.