Какво представляват метристорите и къде са приложими?

Името "memristor" идва от две думи - памет и резистор. Този микроелектронен компонент е един вид пасивен компонент, резистор, но за разлика от конвенционалния резистор, мемристорът има вид памет.

Долната линия е, че метристорът променя проводимостта си в съответствие с количеството електрически заряд, преминаващ през него - в зависимост от стойността на интеграла във времето, преминаващ през текущия компонент. Мемристорът може да бъде описан като двукратен с нелинеен CVC и с определена хистерезис.

Нова дума в света на изчислителната техника

В началото на 70-те години американският професор Леон Чуа предложи теоретичен модел, който описа връзката между напрежението, приложено към елемента, и токовия интеграл във времето.

В продължение на много години теорията на професор Чуа остава теория и едва през 2008 г. група учени от Hewlett-Packard, ръководени от Стенли Уилямс, създават в лабораторията извадка от елемент на паметта, който се държи подобно на теоретично описания метристор, въпреки че е различен от предложения метристор по-ранен теоретичен модел.

Устройството не поддържа магнитен поток като индуктор, не натрупва електрически заряд като кондензатор, и не се държа като обикновен резистор. Четвъртият компонент! Неговите проводими свойства се променят поради химичните преобразувания в двуслоен филм от титанов диоксид с дебелина 5 nm.

Първият слой на филма е изчерпан с кислород и следователно, когато се приложи електрическо напрежение към това наноионно устройство (чрез платинени електроди), свободните места за кислород започват да мигрират между първия и втория слой, което води до промяна в съпротивлението на устройството.

Вече на този етап е ясно, че явлението хистерезис позволява използването на меристори като клетки от паметта, а в някои аспекти на електрониката те вероятно ще могат да се заменят полупроводникови транзистори.

Широки перспективи за внедряване на меморитори

На теория паметта на memristor може да се окаже по-бърза и по-плътна от често срещаната днес флаш памет и под формата на блокове може да замени основната памет.

Тъй като метристорите по някакъв начин запомнят зарядът, преминат през тях, по принцип това би позволило на компютрите да отказват да зареждат операционната система всеки път, когато компютърът е включен след изключване и когато е включен, да започне работа незабавно, възобновявайки го от последното запазено състояние на ОС.

Hewlett-Packard и Hynix вече заявиха, че технологията е готова за внедряване. Още през 2014 г. те публикуваха своя проект за суперкомпютъра „Машината“, а през 2016 г. демонстрираха неговия прототип - с памет, базирана на метристи и оптично-оптични комуникационни линии. Комерсиализацията все още не се е състояла, но се очаква през следващите години.

По принцип мемристорите са подходящи не само за съхранение на данни, те също могат да участват в обработката на информация, освен това, една и съща памет може да изпълнява и двете функции.

Хипотетично, в близко бъдеще, memristors ще помогнат за създаването на изкуствени синапси като част от изкуствените невронни мрежи и продуктите могат да бъдат изградени на стандартно оборудване за микрочипове. Паметникът се държи по много подобен начин на синапса: колкото по-голям сигнал минава през него, толкова по-добре той предава сигнала в бъдеще.

Като цяло, перспективите за прилагането на меморитори са доста широки. Енергоефективните изчислителни системи с динамична памет с възможност за поддържане на текущото състояние дори след изключване на захранването - това е много силен скок напред.

На хоризонта, поне подобрен клас интегрални схеми, в които предимствата на кондензаторите и индуктивността (по отношение на способността да се поддържа тяхното състояние) ще бъдат постигнати на наноразмера. Дистанционно изследване, изкуствени невроморфни биологични системи и др.

Предвид нарастващото използване на облачните изчисления и съвременния мащаб на големите данни, необходимостта от мощни хардуерни компоненти само ще нараства, което означава, че началото на бързия растеж на пазара на мемристори е само въпрос на време. Освен това, ако вземем предвид перспективата (с въвеждането на мемристори) за увеличаване на производителността с понижаване на разсейването на топлината, става логично, че в близко бъдеще трудностите, свързани с настоящата сложност на метристорите като продукти, ще бъдат преодолени.

Ето само десет основни индустриални играчи днес: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC и Knowm, Inc.

Изкуственият мозък е точно зад ъгъла

Разбира се, практиката е все още далеч, но очертанията на идеята вече се очертават. Човешката мозъчна кора има плътност на синапса от 1 000 000 000 на квадратен сантиметър, но при цялата си сложност синапсите в мозъка консумират изключително ниска мощност. Тяхната нелинейна динамика и способност да съхраняват спомените в продължение на десетилетия винаги са изумявали учените.

Целта за създаване на електронен модел на мозъка с електронни синапси-еквиваленти изглеждаше непостижима. Но днес, когато работата по мемристорни устройства е в ход, инженерите са се надявали да възпроизведат архитектурата на истински мозък, базиран на електроника, способен да се адаптира към околната среда.