memristors คืออะไรและใช้งานที่ไหน

ชื่อ "memristor" มาจากสองคำ - หน่วยความจำและตัวต้านทาน ส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์นี้เป็นส่วนประกอบแฝงชนิดหนึ่งตัวต้านทาน แต่ไม่เหมือนกับตัวต้านทานแบบธรรมดา memristor มีหน่วยความจำชนิดหนึ่ง

บรรทัดล่างคือ memristor เปลี่ยนแปลงการนำไฟฟ้าตามปริมาณของประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่าน - ขึ้นอยู่กับมูลค่าของอินทิกรัลตลอดช่วงเวลาที่ผ่านส่วนประกอบปัจจุบัน memristor สามารถอธิบายเป็นสองเทอร์มินัลด้วย CVC แบบไม่เชิงเส้นและมีฮิสเทรีซิส

คำศัพท์ใหม่ในโลกแห่งการคำนวณ

ในช่วงต้นทศวรรษ 70 ศาสตราจารย์ Leon Chua ชาวอเมริกันเสนอแบบจำลองทางทฤษฎีซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับองค์ประกอบและอินทิกรัลกระแสตลอดเวลา

เป็นเวลาหลายปีที่ทฤษฎีของศาสตราจารย์ Chua ยังคงเป็นทฤษฎีและในปี 2008 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก Hewlett-Packard นำโดย Stanley Williams สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการตัวอย่างขององค์ประกอบหน่วยความจำที่ทำหน้าที่คล้ายกับ memristor ที่อธิบายในทางทฤษฎีถึงแม้ว่ามันจะแตกต่างจาก แบบจำลองเชิงทฤษฎีก่อนหน้า

อุปกรณ์ไม่รองรับฟลักซ์แม่เหล็กเหมือนตัวนำไฟฟ้าไม่สะสมประจุไฟฟ้า เหมือนตัวเก็บประจุและไม่ทำตัวเหมือนเป็นตัวต้านทานธรรมดา องค์ประกอบที่สี่! คุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์หนาสองชั้น 5 นาโนเมตร

ชั้นแรกของฟิล์มหมดออกซิเจนดังนั้นเมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้ากับอุปกรณ์นาโนนี้ (ผ่านขั้วไฟฟ้าทองคำขาว) ไซต์ออกซิเจนที่ว่างจะเริ่มโยกย้ายระหว่างชั้นที่หนึ่งและชั้นที่สองซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของอุปกรณ์

แล้วในขั้นตอนนี้เป็นที่ชัดเจนว่าปรากฏการณ์ฮิสเทรีซีสช่วยให้การใช้ memristors เป็นเซลล์หน่วยความจำและในบางแง่มุมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พวกเขามีแนวโน้มที่จะสามารถแทนที่ตัวเองได้ ทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์.

โอกาสในวงกว้างสำหรับการดำเนินการ memristors

ในทางทฤษฎีหน่วยความจำ memristor สามารถกลายเป็นเร็วกว่าและหนาแน่นกว่าหน่วยความจำแฟลชทั่วไปในปัจจุบันและในรูปแบบของบล็อกมันสามารถแทนที่หน่วยความจำหลัก

โดยหลักการแล้ว memristors จะจดจำค่าใช้จ่ายที่ส่งผ่านพวกเขาตามหลักการซึ่งจะช่วยให้คอมพิวเตอร์ปฏิเสธที่จะโหลดระบบปฏิบัติการทุกครั้งที่เปิดเครื่องคอมพิวเตอร์หลังจากปิดเครื่องและเมื่อเปิดใช้งานเพื่อเริ่มทำงานทันทีกลับมาทำงานจากสถานะระบบปฏิบัติการที่บันทึกล่าสุด

Hewlett-Packard และ Hynix ได้ระบุไว้แล้วว่าเทคโนโลยีนั้นพร้อมสำหรับการใช้งาน ย้อนกลับไปในปี 2557 พวกเขาตีพิมพ์โครงการของพวกเขาสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์“ The Machine” และในปี 2559 พวกเขาแสดงต้นแบบของมัน - ด้วยหน่วยความจำที่ใช้เมมริสเตอร์และสายสื่อสารใยแก้วนำแสง การค้ายังไม่เกิดขึ้น แต่คาดว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

โดยหลักการ memristors มีความเหมาะสมไม่เพียง แต่สำหรับการจัดเก็บข้อมูลพวกเขายังสามารถมีส่วนร่วมในการประมวลผลข้อมูลยิ่งไปกว่านั้นหน่วยความจำเดียวกันสามารถทำหน้าที่ทั้งสองได้

สมมุติฐานในอนาคตอันใกล้ memristors จะช่วยสร้างประสาทเทียมเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายประสาทเทียมและผลิตภัณฑ์สามารถสร้างขึ้นบนอุปกรณ์ไมโครชิพมาตรฐาน memristor จะทำงานในลักษณะที่คล้ายกันมากกับการซินแนปส์: ยิ่งสัญญาณที่ผ่านเข้ามามีขนาดใหญ่เท่าใดก็จะยิ่งส่งสัญญาณดีขึ้นในอนาคต

โดยทั่วไปโอกาสในการใช้ memristors ค่อนข้างกว้าง ระบบคอมพิวเตอร์ประหยัดพลังงานพร้อมหน่วยความจำแบบไดนามิกที่มีความสามารถในการรักษาสถานะปัจจุบันแม้หลังจากปิดเครื่อง - นี่คือก้าวกระโดดที่แข็งแกร่งมาก

บนขอบฟ้าอย่างน้อยคลาสที่ได้รับการปรับปรุงของวงจรรวมซึ่งข้อดีของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ (ในแง่ของความสามารถในการรักษาสถานะของตัวเอง) จะเกิดขึ้นที่ระดับนาโน การรับรู้จากระยะไกล, ระบบชีวภาพ neuromorphic เทียม, ฯลฯ

เมื่อพิจารณาจากการใช้คลาวด์คอมพิวติ้งที่เพิ่มขึ้นและ Big Data ที่ทันสมัยความต้องการส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเท่านั้นซึ่งหมายความว่าการเริ่มต้นของการเติบโตอย่างรวดเร็วของตลาด memristor นั้นเป็นเพียงเรื่องของเวลา นอกจากนี้หากเราคำนึงถึงโอกาส (ด้วยการแนะนำของ memristors) ในการเพิ่มผลิตภาพด้วยการลดความร้อนลงมันจะกลายเป็นเหตุผลที่ในอนาคตอันใกล้ความยากลำบากที่เกี่ยวข้องกับความซับซ้อนของ memristors ในปัจจุบันเนื่องจากผลิตภัณฑ์จะถูกเอาชนะ

ที่นี่มีผู้เล่นอุตสาหกรรมหลักเพียงสิบรายในวันนี้: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC และ Knowm, Inc.

สมองประดิษฐ์อยู่ใกล้ ๆ

แน่นอนว่าการฝึกฝนยังห่างไกล แต่แนวความคิดก็เริ่มปรากฏขึ้นแล้ว เยื่อหุ้มสมองสมองของมนุษย์นั้นมีความหนาแน่นของ synapse 1,000,000,000 ต่อตารางเซนติเมตร แต่สำหรับความซับซ้อนทั้งหมด synapses ในสมองใช้พลังงานต่ำมาก การเปลี่ยนแปลงแบบไม่เชิงเส้นและความสามารถในการรักษาความทรงจำมานานหลายทศวรรษได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจอยู่เสมอ

เป้าหมายของการสร้างแบบจำลองอิเล็กทรอนิกส์ของสมองที่มีการซิงโครไนซ์เทียบเท่านั้นดูเหมือนไม่สามารถบรรลุได้ แต่วันนี้เมื่อการทำงานกับอุปกรณ์ memristor กำลังดำเนินอยู่วิศวกรได้รับความหวังที่จะเข้าใกล้การทำซ้ำสถาปัตยกรรมของสมองที่แท้จริงโดยอาศัยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้