Ce sunt memistorii și unde sunt aplicabile?

Numele „memristor” provine din două cuvinte - memorie și rezistor. Această componentă microelectronică este un fel de componentă pasivă, o rezistență, dar spre deosebire de o rezistență convențională, un memristor are un fel de memorie.

Concluzia este că memristorul își schimbă conductivitatea în funcție de cantitatea de încărcare electrică care curge prin ea - în funcție de valoarea integralei în timp care trece prin componenta curentă. Un memristor poate fi descris ca fiind un terminal cu un CVC neliniar și cu o anumită histereză.

Un nou cuvânt în lumea computerelor

La începutul anilor '70, profesorul american Leon Chua a propus un model teoretic, care descrie relația dintre tensiunea aplicată elementului și curentul integral în timp.

Timp de mulți ani, teoria profesorului Chua a rămas o teorie și abia în 2008 un grup de oameni de știință de la Hewlett-Packard, condus de Stanley Williams, a creat în laborator un eșantion al unui element de memorie care s-a comportat ca un memristor descris teoretic, deși era diferit de memristorul propus model teoretic anterior.

Aparatul nu a suportat fluxul magnetic ca un inductor, nu a acumulat o sarcină electrică ca un condensatorși nu s-a comportat deloc ca un rezistor normal. A patra componentă! Proprietățile sale conductoare s-au schimbat datorită transformărilor chimice într-o peliculă cu dioxid de titan cu două straturi grosime de 5 nm.

Primul strat al filmului este epuizat de oxigen și, prin urmare, atunci când este aplicată o tensiune electrică la acest dispozitiv nanoionic (prin electrozii de platină), locurile de oxigen vacante încep să migreze între primul și al doilea strat, ceea ce duce la o schimbare a rezistenței dispozitivului.

Deja în această etapă este clar că fenomenul de histereză permite utilizarea memistorilor ca celule de memorie, iar în unele aspecte ale electronicii, acestea pot fi în măsură să se înlocuiască tranzistoare cu semiconductor.

Perspective largi de implementare a memoriștilor

În teorie, memoria memristorului se poate dovedi a fi mai rapidă și mai densă decât memoria flash obișnuită astăzi, iar sub formă de blocuri poate înlocui memoria principală.

Având în vedere că memoriștii memorează cumva încărcarea trecută prin ele, în principiu, acest lucru ar permite calculatoarelor să refuze încărcarea sistemului de operare de fiecare dată când computerul este pornit după oprire, iar când este pornit, să înceapă să funcționeze imediat, reluându-l din ultima stare de operare salvată.

Hewlett-Packard și Hynix au afirmat deja că tehnologia este practic pregătită pentru implementare. În 2014, ei și-au publicat proiectul pentru supercomputerul „The Machine”, iar în 2016 și-au demonstrat prototipul - cu memorie bazată pe memistoare și linii de comunicare cu fibră optică. Comercializarea nu a avut loc încă, dar este de așteptat în următorii ani.

În principiu, memoriile sunt potrivite nu numai pentru stocarea datelor, ci pot participa și la procesarea informațiilor, în plus, aceeași unitate de memorie poate îndeplini ambele funcții.

Ipotetic, în viitorul apropiat, memistorii vor ajuta la crearea de sinapse artificiale ca parte a rețelelor neuronale artificiale, iar produsele pot fi construite pe echipamente standard de microcip. Un memristor se comportă într-un mod foarte similar cu o sinapsă: cu cât semnalul trece prin el, cu atât va trece mai bine semnalul în viitor.

În general, perspectivele de implementare a membranelor sunt destul de ample. Sisteme de calcul eficiente din punct de vedere energetic, cu memorie dinamică, cu capacitatea de a menține starea curentă chiar și după oprirea alimentării - aceasta este un salt foarte puternic înainte.

La orizont, cel puțin, o clasă îmbunătățită de circuite integrate în care vor fi obținute avantajele condensatorilor și inductanțelor (în ceea ce privește capacitatea de a-și menține starea) la nano-scală. Teledetecție, sisteme biologice neuromorfe artificiale etc.

Având în vedere utilizarea din ce în ce mai mare a cloud computing și scara modernă a datelor Big, nevoia de componente hardware puternice va crește doar ceea ce înseamnă că începutul creșterii rapide a pieței memristorilor este doar o chestiune de timp. În plus, dacă luăm în considerare perspectiva (odată cu introducerea de memistoare) a creșterii productivității odată cu scăderea producției de căldură, devine logic ca în viitorul apropiat să fie depășite dificultățile asociate cu complexitatea actuală a produselor memristore.

Iată doar zece jucători importanți din industrie astăzi: HP Development Company LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Laboratories LLC și Knowm, Inc.

Creierul artificial este chiar după colț

Desigur, practica este încă departe, dar contururile ideii sunt deja în curs de dezvoltare. Cortexul cerebral uman are o densitate de sinapsă de 1.000.000.000 pe centimetru pătrat, dar pentru toată complexitatea sa, sinapsele din creier consumă o putere extrem de scăzută. Dinamica lor neliniară și capacitatea lor de a păstra amintirile timp de zeci de ani au uimit întotdeauna oamenii de știință.

Scopul creării unui model electronic al creierului cu echivalente sinapse electronice părea de neatins. Dar astăzi, când lucrările la dispozitivele memristor sunt în curs, inginerii au câștigat speranța de a aborda reproducerea arhitecturii unui creier real bazat pe electronică, capabil să se adapteze mediului.