Memristors là gì và chúng được áp dụng ở đâu?

Cái tên "memristor" xuất phát từ hai từ - bộ nhớ và điện trở. Thành phần vi điện tử này là một loại thành phần thụ động, một điện trở, nhưng không giống như một điện trở thông thường, một memristor có một loại bộ nhớ.

Điểm mấu chốt là memristor thay đổi độ dẫn của nó theo lượng điện tích chạy qua nó - tùy thuộc vào giá trị của tích phân theo thời gian đi qua thành phần hiện tại. Một memristor có thể được mô tả như một thiết bị đầu cuối hai đầu với CVC phi tuyến và có độ trễ nhất định.

Một từ mới trong thế giới điện toán

Đầu những năm 70, giáo sư người Mỹ Leon Chua đã đề xuất một mô hình lý thuyết, mô tả mối quan hệ giữa điện áp đặt vào phần tử và tích phân hiện tại theo thời gian.

Trong nhiều năm, lý thuyết của Giáo sư Chua vẫn là một lý thuyết, và chỉ trong năm 2008, một nhóm các nhà khoa học từ Hewlett-Packard, do Stanley Williams dẫn đầu, đã tạo ra trong phòng thí nghiệm một mẫu của một yếu tố bộ nhớ hoạt động tương tự như người ghi nhớ được mô tả theo lý thuyết, mặc dù nó khác với người ghi nhớ được đề xuất theo lý thuyết mô hình lý thuyết trước đó.

Thiết bị không hỗ trợ từ thông như cuộn cảm, không tích lũy điện tích như một tụ điệnvà hoàn toàn không hoạt động như một điện trở bình thường. Thành phần thứ tư! Tính chất dẫn điện của nó thay đổi do biến đổi hóa học trong màng titan dioxide hai lớp dày 5nm.

Lớp đầu tiên của màng bị thiếu oxy, và do đó, khi điện áp được đặt vào thiết bị nano này (thông qua các điện cực bạch kim), các vị trí oxy bị bỏ trống bắt đầu di chuyển giữa lớp thứ nhất và lớp thứ hai, dẫn đến thay đổi điện trở của thiết bị.

Ở giai đoạn này, rõ ràng là hiện tượng trễ cho phép sử dụng các memristor làm tế bào bộ nhớ và trong một số khía cạnh của thiết bị điện tử, chúng có khả năng tự thay thế bóng bán dẫn.

Triển vọng rộng lớn cho việc thực hiện các memristors

Về lý thuyết, bộ nhớ memristor có thể nhanh hơn và đậm đặc hơn bộ nhớ flash phổ biến hiện nay và ở dạng khối, nó có thể thay thế bộ nhớ chính.

Do các memrist bằng cách nào đó ghi nhớ điện tích truyền qua chúng, về nguyên tắc, điều này sẽ cho phép các máy tính từ chối tải hệ điều hành mỗi khi máy tính được bật sau khi tắt máy và khi bật, để bắt đầu hoạt động ngay lập tức, tiếp tục sạc từ trạng thái HĐH đã lưu cuối cùng.

Hewlett-Packard và Hynix đã tuyên bố rằng công nghệ về cơ bản đã sẵn sàng để thực hiện. Quay trở lại năm 2014, họ đã xuất bản dự án của họ cho siêu máy tính của The The Machine, và vào năm 2016, họ đã trình diễn nguyên mẫu của nó - với bộ nhớ dựa trên bộ nhớ và đường truyền thông cáp quang. Thương mại hóa chưa diễn ra, nhưng dự kiến ​​trong những năm tới.

Về nguyên tắc, các memristor không chỉ phù hợp cho việc lưu trữ dữ liệu, mà còn có thể tham gia vào việc xử lý thông tin, hơn nữa, cùng một đơn vị bộ nhớ có thể thực hiện cả hai chức năng.

Theo giả thuyết, trong tương lai gần, các memristor sẽ giúp tạo ra các khớp thần kinh nhân tạo như một phần của mạng lưới thần kinh nhân tạo và các sản phẩm có thể được xây dựng trên thiết bị vi mạch tiêu chuẩn. Một memristor hành xử theo cách rất giống với khớp thần kinh: tín hiệu đi qua nó càng lớn, nó càng truyền tín hiệu tốt hơn trong tương lai.

Nhìn chung, triển vọng cho việc thực hiện các memristor là khá rộng. Các hệ thống máy tính tiết kiệm năng lượng với bộ nhớ động với khả năng duy trì trạng thái hiện tại ngay cả sau khi tắt nguồn - đây là một bước nhảy vọt rất mạnh.

Trên đường chân trời, ít nhất, một loại mạch tích hợp cải tiến, trong đó những lợi thế của tụ điện và cuộn cảm (về khả năng duy trì trạng thái của chúng) sẽ đạt được ở cấp độ nano. Viễn thám, hệ thống sinh học thần kinh nhân tạo, vv

Do việc sử dụng điện toán đám mây ngày càng tăng và quy mô hiện đại của Dữ liệu lớn, nhu cầu về các thành phần phần cứng mạnh mẽ sẽ chỉ tăng lên, điều đó có nghĩa là sự khởi đầu của sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường memristor chỉ là vấn đề thời gian. Ngoài ra, nếu chúng ta tính đến triển vọng (với sự ra đời của các memristor) về việc tăng năng suất với việc giảm nhiệt, thì trong tương lai gần sẽ có những khó khăn liên quan đến sự phức tạp của các memristor khi các sản phẩm sẽ được khắc phục.

Đây chỉ là mười công ty lớn trong ngành hiện nay: Công ty Phát triển HP LP, Fujitsu, IBM, Adesto Technologies Corporation, SK Hynix, Crossbar, Rambus, HRL Lab Laboratory LLC và knowm, Inc.

Não nhân tạo chỉ quanh quẩn

Tất nhiên, thực tế vẫn còn rất xa, nhưng những phác thảo của ý tưởng đã lờ mờ. Vỏ não của con người có mật độ khớp thần kinh là 1.000.000.000 trên mỗi cm vuông, nhưng đối với tất cả sự phức tạp của nó, các khớp thần kinh trong não tiêu thụ năng lượng cực thấp. Động lực phi tuyến tính và khả năng lưu giữ ký ức của họ trong nhiều thập kỷ luôn khiến các nhà khoa học kinh ngạc.

Mục tiêu tạo ra một mô hình điện tử của não với các chất tương tự synapse điện tử dường như không thể đạt được. Nhưng ngày nay, khi công việc trên các thiết bị memristor đang được tiến hành, các kỹ sư đã đạt được hy vọng tiếp cận việc tái tạo kiến ​​trúc của một bộ não thực sự dựa trên thiết bị điện tử, có khả năng thích nghi với môi trường.