Memristor

Memristor (z angl .  memory  - paměť a z angl .  rezistor  - elektrický odpor) je pasivní elektrický prvek, dvousvorkové zařízení v mikroelektronice, schopné měnit svůj odpor v závislosti na elektrickém náboji , který jím protéká (integrál proudu v čase ).

Lze ji popsat jako dvousvorkovou síť s nelineární proudově-napěťovou charakteristikou s hysterezí [1] .

Matematický model

Teorii memristoru vyvinul v roce 1971 profesor Leon Chua(Cai Shaotang v čínské transkripci [2] ). Stanovuje vztah mezi časovými integrály proudu protékajícího prvkem a napětím na něm. Dlouhou dobu byl memristor považován za teoretický objekt, který nelze postavit. .

Laboratorní vzorek paměťového prvku demonstrující některé vlastnosti memristoru [3] [4] však v roce 2008 vytvořil tým vědců pod vedením R. S. Williamse ve výzkumné laboratoři Hewlett-Packard [5] [6] [7]. [8] .

Na rozdíl od teoretického modelu výsledné zařízení neukládá náboj jako kondenzátor , ani nezachovává magnetický tok jako induktor . Činnost zařízení (změna jeho odporu - odporové spínání, - a další vlastnosti [4] ) je zajištěna chemickými přeměnami v tenkém (5 nm ) dvouvrstvém filmu oxidu titaničitého . Jedna z vrstev filmu je mírně ochuzena o kyslík a kyslíková prázdná místa migrují mezi vrstvami působením elektrického napětí aplikovaného na zařízení . Tato implementace memristoru by měla být připsána třídě nanoiontových zařízení .

Fenomén hystereze pozorovaný v memristoru umožňuje jeho použití jako paměťové buňky ( RRAM ). Hypoteticky by memristory mohly v některých konkrétních aplikacích nahradit tranzistory .

Teoreticky by memristorové úložné prvky mohly být kompaktnější a rychlejší než moderní flash paměti . Také jejich bloky mohou nahradit RAM . Funkce memristorů „zapamatovat si“ náboj může následně odmítnout spuštění počítačového systému: jeho poslední stav bude uložen v paměti počítače, který je vypnutý ze zdroje napájení. S podporou softwaru se počítač bude moci zapnout a začít pracovat tam, kde skončil, když byl vypnut.

Podle Hynixu a Hewlett-Packard je technologie připravena k výrobě. Původně se uvádělo, že disky založené na memristoru budou vydány v roce 2013 [9] , ale poté bylo vydání odloženo na rok 2014 [10] [11] .

V roce 2014 společnost HP zveřejnila projekt superpočítače The Machine , který plánuje použití optických komunikačních linek a paměti na bázi memristoru [12] . Funkční prototyp zařízení byl předveden na konci roku 2016, komercializace technologie se očekávala do roku 2018 nebo 2019 [13] . Doposud se v tomto směru pracuje.

Vyhlídky na použití jako výpočetní zařízení

Memristory lze použít nejen pro ukládání dat. M. Di Ventra a Yu.V. Pershin tedy navrhli koncepci počítačů, ve kterých jsou informace ukládány a zpracovávány stejným fyzickým zařízením založeným na memristorech [14] [15] .

Zvažuje se možnost využití memristorů jako umělých synapsí (váhových modulů) neuroprocesorů a umělých neuronových sítí . Chování memristoru připomíná práci biologické synapse  – čím intenzivnější je vstupní signál, tím větší je šířka pásma synapse ("váha" signálu). Zejména neuronové sítě založené na memristoru lze trénovat podle biosimilárních místních pravidel, jako je STDP [16] . Toto řešení výrazně zjednoduší konstrukci neuroprocesoru a sníží jeho cenu, protože se dobře hodí pro výrobu na stávajících technologických linkách na výrobu mikroobvodů. Nicméně (2021) zůstává nevyřešen hlavní problém memristorových zařízení – jejich reprodukovatelnost (jak od instance k instanci, tak od cyklu k cyklu přepínání stavu).

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Pershin, YV & Di Ventra, M. (2011), Paměťové efekty ve složitých materiálech a nanosystémech , Pokroky ve fyzice Vol . 60 (2): 145 , DOI 10.1080/00018732.2010.544961  
  2. ↑ Chua, Leon O, „ Memristor—The Missing Circuit Element Archived 13. prosince 2013 na Wayback Machine “, IEEE Transactions on Circuit Theory. 18,5 (1971): 507-519.
  3. ↑ "The Missing Memristor: Nová nanotechnologie nebo spíše nová případová studie pro filozofii a sociologii vědy?" Sascha Vongehr, Advanced Science Letters 17, str. 285-290 (2012), arXiv:1205.6129 Archivováno 26. srpna 2016 na Wayback Machine
  4. ↑ 1 2 Bird Kiwi, Memristors: je čas přepsat učebnice? Archivováno 9. ledna 2015 na Wayback Machine // 3DNews, 18. prosince 2014: „Byl tam objev? ... existují významné rozdíly mezi memristorem, který teoreticky předpověděl Leon Chua v roce 1971, a tímto zařízením... nanoconstruct nalezený u HP je ve skutečnosti analogové paměťové zařízení, které pro svůj provoz vůbec nevyžaduje účinky magnetismu.
  5. ↑ Laboratoře HP prokázaly existenci nového základního prvku pro elektronické obvody. Objev „Memristoru“ by mohl vést k mnohem energeticky účinnějším výpočetním systémům s pamětmi, které nezapomenou a nikdy se nemusí spouštět  (anglicky) , tisková zpráva , HP (30. dubna 2008). Archivováno z originálu 11. ledna 2015. Staženo 9. ledna 2015.
  6. ↑ Strukov, Dmitri B., et al. " Pohřešovaný memristor byl nalezen archivován 9. ledna 2015 na Wayback Machine ." // Nature 453.7191 (2008): 80-83. doi:10.1038/nature06932
  7. ↑ Čtvrtý prvek: HP uvádí do života 37 let starou paměťovou technologii Archivováno 26. února 2009 na Wayback Machine // IXBT, 5. května 2008
  8. ↑ Sally Adee . Tajemný Memristor. Výzkumníci z HP rozluštili 37letou záhadu paměťového rezistoru, chybějícího prvku 4. obvodu.  (anglicky) , IEEE Spectrum (1. května 2008). Archivováno z originálu 9. ledna 2015. Staženo 9. ledna 2015.
  9. ↑ HP, Hynix spouští memristorovou paměť 2013 Archivováno 8. ledna 2015 na Wayback Machine // EETimes, Peter Clarke, 2011-10-06
  10. ↑ Vývoj Memristoru dokončen, ale HP a Hynix nechtějí narušit flash trh Archivní kopie z 18. května 2017 na Wayback Machine // IXBT, 28. září 2012
  11. ↑ Roční zpoždění Memristors zasáhne IT v peněžence Archivováno 3. října 2012 na Wayback Machine // ZDNet, 10. července 2012
  12. ↑ Petr Bright . HP plánuje uvést na trh memristor, křemíkový fotonický počítač během dekády Elektrony, fotony a ionty budou spolupracovat na revoluci ve výpočetní technice.  (anglicky) , arstechnica (11. června 2014). Archivováno z originálu 10. ledna 2015. Staženo 9. ledna 2015.
  13. ↑ Typický programátor HP představuje prototyp superpočítače 8 000krát rychlejší než stávající PC . Archivováno z originálu 20. prosince 2016. Staženo 6. prosince 2016.
  14. ↑ M. Di Ventra, YV Pershin. Memcomputing: výpočetní paradigma pro ukládání a zpracování informací na stejné fyzické platformě Archivováno 23. prosince 2015 na Wayback Machine // Nature Physics 9, 200-202, 2013; arXiv:1304.1675 Archivováno 25. února 2021 na Wayback Machine 
  15. ↑ Počítač, který zároveň ukládá a zpracovává informace , MIT Technology review  ( 21. listopadu 2012). Archivováno z originálu 9. ledna 2015. Získáno 9. ledna 2015.  "Emerging Technology From the arXiv".
  16. ↑ Teresa Serrano-Gotarredona, Timothée Masquelier, Themistoklis Prodromakis, Giacomo Indiveri, Bernabe Linares-Barranco. Variace STDP a STDP s memristory pro zvýšení neuromorfních výukových systémů  (anglicky)  // Frontiers in Neuroscience. - 2013. - T. 7 . — ISSN 1662-453X . - doi : 10.3389/fnins.2013.00002 . Archivováno 28. listopadu 2020.

Literatura

Odkazy