Kategorien: Ausgewählte Artikel » Interessante elektrische Nachrichten
Anzahl der Ansichten: 7406
Kommentare zum Artikel: 1

Was sind Memristoren und wo sind sie anwendbar?

 

Der Name "Memristor" kommt von zwei Wörtern - Speicher und Widerstand. Diese mikroelektronische Komponente ist eine Art passive Komponente, ein Widerstand, aber im Gegensatz zu einem herkömmlichen Widerstand hat ein Memristor eine Art Speicher.

Die Quintessenz ist, dass der Memristor seine Leitfähigkeit entsprechend der Menge der durch ihn fließenden elektrischen Ladung ändert - abhängig vom Wert des Integrals über die Zeit, das durch die Stromkomponente fließt. Ein Memristor kann als zwei Anschlüsse mit einem nichtlinearen CVC und einer bestimmten Hysterese beschrieben werden.

Memristor

Ein neues Wort in der Computerwelt

In den frühen 70er Jahren schlug der amerikanische Professor Leon Chua ein theoretisches Modell vor, das die Beziehung zwischen der an das Element angelegten Spannung und dem Stromintegral über die Zeit beschreibt.

Die Theorie von Professor Chua blieb viele Jahre lang eine Theorie, und erst 2008 erstellte eine Gruppe von Wissenschaftlern von Hewlett-Packard unter der Leitung von Stanley Williams im Labor eine Probe eines Speicherelements, das sich ähnlich wie der theoretisch beschriebene Memristor verhielt, obwohl es sich vom vorgeschlagenen Memristor unterschied früheres theoretisches Modell.

Hewlett-Packard Memristor

Das Gerät unterstützte keinen magnetischen Fluss wie ein Induktor und sammelte keine elektrische Ladung wie ein Kondensatorund verhielt sich überhaupt nicht wie ein normaler Widerstand. Die vierte Komponente! Seine Leitfähigkeitseigenschaften änderten sich aufgrund chemischer Umwandlungen in einem zweischichtigen Titandioxidfilm mit einer Dicke von 5 nm.

Die erste Schicht des Films ist sauerstoffarm, und wenn eine elektrische Spannung an diese nanoionische Vorrichtung (über Platinelektroden) angelegt wird, beginnen freie Sauerstoffstellen zwischen der ersten und der zweiten Schicht zu wandern, was zu einer Änderung des Widerstands der Vorrichtung führt.

Gerät und Funktionsprinzip

Bereits zu diesem Zeitpunkt ist klar, dass das Hysterese-Phänomen die Verwendung von Memristoren als Speicherzellen ermöglicht, und in einigen Aspekten der Elektronik können sie sich wahrscheinlich selbst ersetzen Halbleitertransistoren.


Breite Aussichten für die Implementierung von Memristoren

Theoretisch kann sich herausstellen, dass der Memristorspeicher schneller und dichter ist als der heute übliche Flash-Speicher, und in Form von Blöcken den Hauptspeicher ersetzen kann.

Da sich Memristoren die durch sie geleitete Ladung irgendwie merken, können Computer im Prinzip das Laden des Betriebssystems bei jedem Einschalten des Computers nach dem Herunterfahren verweigern und beim Einschalten sofort mit der Arbeit beginnen und den zuletzt gespeicherten Betriebssystemstatus wieder aufnehmen.

Hewlett-Packard und Hynix haben bereits erklärt, dass die Technologie grundsätzlich zur Implementierung bereit ist. Bereits 2014 veröffentlichten sie ihr Projekt für den Supercomputer „The Machine“ und demonstrierten 2016 seinen Prototyp - mit Speicher auf der Basis von Memristoren und Glasfaserkommunikationsleitungen. Die Kommerzialisierung hat noch nicht stattgefunden, wird aber in den kommenden Jahren erwartet.

Im Prinzip sind Memristoren nicht nur zur Datenspeicherung geeignet, sie können auch an der Verarbeitung von Informationen teilnehmen, außerdem kann dieselbe Speichereinheit beide Funktionen ausführen.

Hypothetisch gesehen werden Memristoren in naher Zukunft dazu beitragen, künstliche Synapsen als Teil künstlicher neuronaler Netze zu erzeugen, und Produkte können auf Standard-Mikrochip-Geräten aufgebaut werden. Ein Memristor verhält sich sehr ähnlich wie eine Synapse: Je größer das Signal ist, desto besser lässt es das Signal in Zukunft passieren.

Generell sind die Aussichten für die Implementierung von Memristoren recht groß. Energieeffiziente Computersysteme mit dynamischem Speicher, die den aktuellen Status auch nach dem Ausschalten beibehalten können - dies ist ein sehr großer Fortschritt.

Zumindest am Horizont wird eine verbesserte Klasse von integrierten Schaltkreisen, bei denen die Vorteile von Kondensatoren und Induktivitäten (in Bezug auf die Fähigkeit, ihren Zustand beizubehalten) im Nanobereich erreicht werden. Fernerkundung, künstliche neuromorphe biologische Systeme usw.

Angesichts des zunehmenden Einsatzes von Cloud Computing und der modernen Größe von Big Data wird der Bedarf an leistungsstarken Hardwarekomponenten nur noch zunehmen, was bedeutet, dass der Beginn des rasanten Wachstums des Memristormarkts nur eine Frage der Zeit ist. Wenn wir außerdem die Aussicht (mit der Einführung von Memristoren) auf eine Steigerung der Produktivität bei gleichzeitiger Verringerung der Wärmeerzeugung berücksichtigen, wird es logisch, dass in naher Zukunft die Schwierigkeiten überwunden werden, die mit der gegenwärtigen Komplexität von Memristoren als Produkte verbunden sind.

Hier sind nur zehn wichtige Akteure der Branche: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC und Knowm, Inc.

Memristor-Chip

Künstliches Gehirn ist gleich um die Ecke

Natürlich ist die Praxis noch weit entfernt, aber die Umrisse der Idee zeichnen sich bereits ab. Die menschliche Großhirnrinde hat eine Synapsendichte von 1.000.000.000 pro Quadratzentimeter, aber bei aller Komplexität verbrauchen die Synapsen im Gehirn extrem wenig Strom. Ihre nichtlineare Dynamik und Fähigkeit, Erinnerungen über Jahrzehnte zu bewahren, hat Wissenschaftler immer wieder überrascht.

Das Ziel, ein elektronisches Modell des Gehirns mit elektronischen Synapsenäquivalenten zu erstellen, schien unerreichbar. Aber heute, wenn an Memristorgeräten gearbeitet wird, haben die Ingenieure die Hoffnung gewonnen, sich der Reproduktion der Architektur eines echten Gehirns zu nähern, das auf Elektronik basiert und sich an die Umgebung anpassen kann.

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • Unerwartete Eigenschaften von bekanntem Kohlenstoff
  • Wie Spannung in Strom umgewandelt wird
  • Optische Transistoren - Die Zukunft der Elektronik
  • Nanoantennen - Gerät, Anwendung, Nutzungsaussichten
  • Elektrischer Strom kann Depressionen heilen

  •  
     
    Kommentare:

    # 1 schrieb: Oleg | [Zitat]

     
     

    Vielen Dank. Es bleibt zu erklären, dass es im Laufe der Zeit ein Integral und ein Integral gibt. Und es ist besser, auf dieses Konzept ganz zu verzichten. Auch wenn es in modernen Schulen unterrichtet wird.