Мемристор: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правка
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
Нет описания правки
м орфография
 
(не показано 13 промежуточных версий 9 участников)
Строка 1: Строка 1:
[[Файл:Memristor-Symbol.svg|100px|thumb|Обозначение мемристора]]
[[Файл:Memristor-Symbol.svg|thumb|99px|Обозначение мемристора на электрических принципиальных схемах]]
[[Файл:Two-terminal non-linear circuit elements-ru.svg|thumb|Соотношения между четырьмя фундаментальными электрическими переменными и двухполюсниками, связывающими эти переменные]]
⚫
'''Мемри́стор''' (от {{lang-en|memory}} — память, и {{lang-en|resistor}} — электрическое сопротивление) — пассивный элемент в микроэлектронике, способный изменять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него заряда (интеграла тока за время работы).
[[Файл:Memristor-ru.svg|thumb|Схема устройства мемристора]]
⚫
'''Мемри́стор''' (от {{lang-en|memory}} — память, и {{lang-en|resistor}} — электрическое сопротивление) — пассивный электрический элемент, [[двухполюсник]] в микроэлектронике, способный изменять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него [[Электрический заряд|электрического заряда]] (интеграла тока по времени).


Может быть описан как [[двухполюсник]] с нелинейной [[вольт-амперная характеристика|вольт-амперной характеристикой]], обладающей [[гистерезис]]ом.<ref name="DiVentraPershin2011">
Может быть описан как двухполюсник с нелинейной [[вольт-амперная характеристика|вольт-амперной характеристикой]], обладающей [[гистерезис]]ом<ref name="DiVentraPershin2011">
{{citation
{{citation
|last=Pershin |first=Y. V.
|last=Pershin |first=Y. V.
Строка 13: Строка 15:
|bibcode=2011AdPhy..60..145P
|bibcode=2011AdPhy..60..145P
|doi=10.1080/00018732.2010.544961
|doi=10.1080/00018732.2010.544961
}}</ref>
}}</ref>.


== Математическая модель ==
== Математическая модель ==
[[Файл:Memristor VAC.svg|thumb|300px|Вольт-амперные характеристики образца мемристора снятые при трёх разных частотах приложенного напряжения]]
Теория мемристора была разработана в [[1971 год в науке|1971 году]] профессором {{нп3|Чуа Сяутонг, Леон Онг|Леоном Чуа||Leon O. Chua}} (Цай Шаотаном в китайской транскрипции)<ref>Chua, Leon O, «[http://www.cpmt.org/scv/meetings/chua.pdf Memristor—The Missing Circuit Element]», IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519.<!-- cited by 2000--></ref>. В ней устанавливаются отношения между интегралами по времени [[электрический ток|силы тока]], протекающего через элемент, и [[Электрическое напряжение|напряжением]] на нём. Долгое время мемристор считался теоретическим объектом, который нельзя построить.
Теория мемристора была разработана в [[1971 год в науке|1971 году]] профессором {{нп3|Чуа Сяутонг, Леон Онг|Леоном Чуа||Leon O. Chua}} (Цай Шаотаном в китайской транскрипции<ref>''Chua, Leon O,'' «[http://www.cpmt.org/scv/meetings/chua.pdf Memristor—The Missing Circuit Element] {{Wayback|url=http://www.cpmt.org/scv/meetings/chua.pdf |date=20131213192149 }}», IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519.<!-- cited by 2000--></ref>). В ней устанавливаются отношения между интегралами по времени [[электрический ток|силы тока]], протекающего через элемент, и [[Электрическое напряжение|напряжением]] на нём. Долгое время мемристор считался теоретическим объектом, который нельзя построить{{Нет АИ|4|2|2021}}.


Однако лабораторный образец запоминающего элемента, демонстрирующего некоторые свойства мемристора<ref>«The Missing Memristor: Novel Nanotechnology or rather new Case Study for the Philosophy and Sociology of Science?» by Sascha Vongehr, Advanced Science Letters 17, pp. 285—290 (2012), [http://arxiv.org/abs/1205.6129 arXiv:1205.6129]</ref><ref name=kiwi-was-not.2014-12>Бёрд Киви, [http://www.3dnews.ru/906763 Мемристоры: пора ли переписывать учебники?] // 3DNews, 18 декабря 2014: "А было ли открытие? .. следует отметить существенные различия между тем мемристором, который был теоретически предсказан Леоном Чуа в 1971 году и тем устройством .. наноконструкция, обнаруженная в HP, фактически представляет собой аналоговое запоминающее устройство, которое вообще не требует для своей работы эффектов магнетизма.</ref>, был создан в [[2008 год в науке|2008 году]] коллективом учёных во главе с Р. С. Уильямсом в исследовательской лаборатории фирмы [[Hewlett-Packard]]<ref>{{cite news|url=http://www.hp.com/hpinfo/newsroom/press/2008/080430a.html|title=HP Labs Proves Existence of New Basic Element for Electronic Circuits. “Memristor” discovery could lead to far more energy-efficient computing systems with memories that don’t forget, never need to be booted up|date=April 30, 2008|work=press-release|publisher=HP|lang=en|accessdate=2015-01-09}}</ref><ref>Strukov, Dmitri B., et al. «[http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee129/fa08/handouts/TheMissingMemristorFound.pdf The missing memristor found].» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. [[doi:10.1038/nature06932]]</ref><ref>[http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?10/44/09 Четвертый элемент: специалисты HP воплотили в жизнь технологию памяти, придуманную 37 лет назад] {{Wayback|url=http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?10%2F44%2F09 |date=20090226031009 }} // IXBT, 05 Мая, 2008</ref><ref>{{cite news|url=http://spectrum.ieee.org/semiconductors/design/the-mysterious-memristor|title=The Mysterious Memristor. Researchers at HP have solved the 37-year mystery of the memory resistor, the missing 4th circuit element.|author=Sally Adee|date=1 May 2008|publisher=IEEE Spectrum|lang=en|accessdate=2015-01-09}}</ref>.
Однако лабораторный образец запоминающего элемента, демонстрирующего некоторые свойства мемристора<ref>«The Missing Memristor: Novel Nanotechnology or rather new Case Study for the Philosophy and Sociology of Science?» by Sascha Vongehr, Advanced Science Letters 17, pp. 285—290 (2012), [http://arxiv.org/abs/1205.6129 arXiv:1205.6129] {{Wayback|url=http://arxiv.org/abs/1205.6129 |date=20160826113514 }}</ref><ref name=kiwi-was-not.2014-12>''Бёрд Киви,'' [http://www.3dnews.ru/906763 Мемристоры: пора ли переписывать учебники?] {{Wayback|url=http://www.3dnews.ru/906763 |date=20150109070558 }} // 3DNews, 18 декабря 2014: "А было ли открытие? … следует отметить существенные различия между тем мемристором, который был теоретически предсказан Леоном Чуа в 1971 году и тем устройством … наноконструкция, обнаруженная в HP, фактически представляет собой аналоговое запоминающее устройство, которое вообще не требует для своей работы эффектов магнетизма.</ref>, был создан в [[2008 год в науке|2008 году]] коллективом учёных во главе с Р. С. Уильямсом в исследовательской лаборатории фирмы [[Hewlett-Packard]]<ref>{{cite news|url=http://www.hp.com/hpinfo/newsroom/press/2008/080430a.html|title=HP Labs Proves Existence of New Basic Element for Electronic Circuits. “Memristor” discovery could lead to far more energy-efficient computing systems with memories that don’t forget, never need to be booted up|date=2008-04-30|work=press-release|publisher=HP|lang=en|accessdate=2015-01-09|archivedate=2015-01-11|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150111155234/http://www.hp.com/hpinfo/newsroom/press/2008/080430a.html}}</ref><ref>Strukov, Dmitri B., et al. «[http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee129/fa08/handouts/TheMissingMemristorFound.pdf The missing memristor found] {{Wayback|url=http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee129/fa08/handouts/TheMissingMemristorFound.pdf |date=20150109042142 }}.» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. [[doi:10.1038/nature06932]]</ref><ref>[http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?10/44/09 Четвертый элемент: специалисты HP воплотили в жизнь технологию памяти, придуманную 37 лет назад] {{Wayback|url=http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?10%2F44%2F09 |date=20090226031009 }} // IXBT, 05 Мая, 2008</ref><ref>{{cite news|url=http://spectrum.ieee.org/semiconductors/design/the-mysterious-memristor|title=The Mysterious Memristor. Researchers at HP have solved the 37-year mystery of the memory resistor, the missing 4th circuit element.|author=Sally Adee|date=2008-05-01|publisher=IEEE Spectrum|lang=en|accessdate=2015-01-09|archivedate=2015-01-09|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150109051122/http://spectrum.ieee.org/semiconductors/design/the-mysterious-memristor}}</ref>.


В отличие от теоретической модели, полученное устройство не накапливает заряд, подобно [[конденсатор]]у, и не поддерживает магнитный поток, как [[катушка индуктивности]]. Работа устройства (изменение его сопротивления — резистивное переключение, — и других свойств<ref name=kiwi-was-not.2014-12/>) обеспечивается за счёт химических превращений в тонкой (5 [[нм]]) двухслойной плёнке [[Оксид титана (IV)|диоксида титана]]. Один из слоев плёнки слегка обеднен [[кислород]]ом, и кислородные [[Вакансия (физика)|вакансии]] мигрируют между слоями под действием приложенного к устройству [[Электрическое напряжение|электрического напряжения]]. Данную реализацию мемристора следует отнести к классу [[Наноионика|наноионных устройств]].
В отличие от теоретической модели, полученное устройство не накапливает заряд, подобно [[конденсатор]]у, и не сохраняет [[Магнитное поле|магнитный поток]], как [[катушка индуктивности]]. Работа устройства (изменение его сопротивления — резистивное переключение, — и других свойств<ref name=kiwi-was-not.2014-12/>) обеспечивается за счёт химических превращений в тонкой (5 [[нм]]) двухслойной плёнке [[Оксид титана (IV)|диоксида титана]]. Один из слоев плёнки слегка обеднен [[кислород]]ом, и кислородные [[Вакансия (физика)|вакансии]] мигрируют между слоями под действием приложенного к устройству [[Электрическое напряжение|электрического напряжения]]. Данную реализацию мемристора следует отнести к классу [[Наноионика|наноионных устройств]].


Наблюдающееся в мемристоре явление [[гистерезис]]а позволяет использовать его в качестве [[Компьютерная память|ячейки памяти]] ([[RRAM]]). Гипотетически мемристоры смогут заменить [[транзистор]]ы в части случаев.
Наблюдающееся в мемристоре явление [[гистерезис]]а позволяет использовать его в качестве [[Компьютерная память|ячейки памяти]] ([[RRAM]]). Гипотетически мемристоры смогут заменить [[транзистор]]ы в некоторых частных применениях.


Теоретически мемристорные запоминающие элементы могут быть более плотными и быстрыми, чем современная [[флеш-память]]. Также блоки из них могут заменить [[ОЗУ]]. Умение мемристоров «запоминать» заряд может позволить впоследствии отказаться от загрузки системы компьютера: в памяти компьютера, отключённого от питания, будет храниться его последнее состояние. При поддержке со стороны программного обеспечения компьютер можно будет включить и начать работу с того места, на котором она была остановлена при выключении.
Теоретически мемристорные запоминающие элементы могут быть более компактными и быстрыми, чем современная [[флеш-память]]. Также блоки из них могут заменить [[ОЗУ]]. Особенность мемристоров «запоминать» заряд может позволить впоследствии отказаться от загрузки системы компьютера: в памяти компьютера, отключённого от питания, будет храниться его последнее состояние. При поддержке со стороны программного обеспечения компьютер можно будет включить и начать работу с того места, на котором она была остановлена при выключении.


По заявлениям [[Hynix]] и [[Hewlett-Packard]], технология готова к производству. Изначально сообщалось, что накопители на базе мемристоров выйдут в 2013 году<ref>[http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1260374 HP, Hynix to launch memristor memory 2013] // EETimes,
По заявлениям [[Hynix]] и [[Hewlett-Packard]], технология готова к производству. Изначально сообщалось, что накопители на базе мемристоров выйдут в 2013 году<ref>[http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1260374 HP, Hynix to launch memristor memory 2013] {{Wayback|url=http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1260374 |date=20150108085901 }} // EETimes,
Peter Clarke, 2011-10-06</ref>, но затем выпуск был перенесён на 2014 год.<ref>[http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?16/15/46 Разработка мемристоров завершена, но HP и Hynix не хотят подрывать рынок флэш-памяти] {{Wayback|url=http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?16%2F15%2F46 |date=20170518123341 }} // IXBT, 28 Сентября, 2012</ref><ref>[http://www.zdnet.com/memristors-one-year-delay-will-hit-it-in-the-wallet-7000000586/ Memristors' one-year delay will hit IT in the wallet] // ZDNet, July 10, 2012</ref>
Peter Clarke, 2011-10-06</ref>, но затем выпуск был перенесён на 2014 год<ref>[http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?16/15/46 Разработка мемристоров завершена, но HP и Hynix не хотят подрывать рынок флэш-памяти] {{Wayback|url=http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?16%2F15%2F46 |date=20170518123341 }} // IXBT, 28 Сентября, 2012</ref><ref>[http://www.zdnet.com/memristors-one-year-delay-will-hit-it-in-the-wallet-7000000586/ Memristors' one-year delay will hit IT in the wallet] {{Wayback|url=http://www.zdnet.com/memristors-one-year-delay-will-hit-it-in-the-wallet-7000000586/ |date=20121003202302 }} // ZDNet, July 10, 2012</ref>.


В 2014 году HP опубликовала проект суперкомпьютера [[The Machine]], в котором планируется использовать волоконно-оптические линии связи и память на базе мемристоров<ref name="hp-themachine-2014-06-11-ars">{{cite news|url=http://arstechnica.com/information-technology/2014/06/hp-plans-to-launch-memristor-silicon-photonic-computer-within-the-decade/|title=HP plans to launch memristor, silicon photonic computer within the decade Electrons, photons, and ions will work together to revolutionize computing.|author=Peter Bright|date=Jun 11, 2014 |publisher=arstechnica|lang=en|accessdate=2015-01-09}}</ref>. Рабочий прототип устройства продемонстрирован в конце 2016 года, коммерциализация технологии ожидалась к 2018 или 2019 году.<ref>{{Cite news|title=HP представила прототип суперкомпьютера, который в 8000 раз быстрее существующих ПК|url=https://tproger.ru/news/hp-the-machine/|work=Типичный программист|accessdate=2016-12-06}}
В 2014 году HP опубликовала проект [[суперкомпьютер]]а The Machine, в котором планируется использовать [[Волоконно-оптическая линия передачи|волоконно-оптические линии]] связи и память на базе мемристоров<ref name="hp-themachine-2014-06-11-ars">{{cite news|url=http://arstechnica.com/information-technology/2014/06/hp-plans-to-launch-memristor-silicon-photonic-computer-within-the-decade/|title=HP plans to launch memristor, silicon photonic computer within the decade Electrons, photons, and ions will work together to revolutionize computing.|author=Peter Bright|date=2014-06-11|publisher=arstechnica|lang=en|accessdate=2015-01-09|archivedate=2015-01-10|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150110211641/http://arstechnica.com/information-technology/2014/06/hp-plans-to-launch-memristor-silicon-photonic-computer-within-the-decade/}}</ref>. Рабочий прототип устройства продемонстрирован в конце 2016 года, коммерциализация технологии ожидалась к 2018 или 2019 году<ref>{{Cite news|title=HP представила прототип суперкомпьютера, который в 8000 раз быстрее существующих ПК|url=https://tproger.ru/news/hp-the-machine/|work=Типичный программист|accessdate=2016-12-06|archivedate=2016-12-20|archiveurl=https://web.archive.org/web/20161220081054/https://tproger.ru/news/hp-the-machine/}}</ref>. До сих пор ведутся работы по этому направлению.
</ref> Работы по этому направлению до сих пор ведутся.


== Перспективы применения в качестве вычислительных устройств ==
== Перспективы применения в качестве вычислительных устройств ==
Мемристоры могут быть использованы не только для хранения данных. Так, М. Ди Вентра и Ю. В. Першиным была предложена концепция вычислительных машин, в которых хранение и обработка информации осуществляется одним и тем же физическим устройством, основанным на мемристорах<ref name=memputer13arx>[http://arxiv.org/abs/1211.4487 M. Di Ventra, Y. V. Pershin. Memcomputing: a computing paradigm to store and process information on the same physical platform] // Nature Physics 9, 200—202, 2013; [http://arxiv.org/abs/1304.1675 arXiv:1304.1675]{{ref-en}}</ref><ref>{{cite news|url=http://www.technologyreview.com/view/507721/the-computer-that-stores-and-processes-information-at-the-same-time/|title=The Computer That Stores and Processes Information At the Same Time|quote=Emerging Technology From the arXiv|date=November 21, 2012|publisher=MIT Technology review|lang=en|accessdate=2015-01-09}}</ref>.
Мемристоры могут быть использованы не только для хранения данных. Так, М. Ди Вентра и Ю. В. Першиным была предложена концепция вычислительных машин, в которых хранение и обработка информации осуществляется одним и тем же физическим устройством, основанным на мемристорах<ref name=memputer13arx>[http://arxiv.org/abs/1211.4487 M. Di Ventra, Y. V. Pershin. Memcomputing: a computing paradigm to store and process information on the same physical platform] {{Wayback|url=http://arxiv.org/abs/1211.4487 |date=20151223134209 }} // Nature Physics 9, 200—202, 2013; [http://arxiv.org/abs/1304.1675 arXiv:1304.1675] {{Wayback|url=http://arxiv.org/abs/1304.1675 |date=20210225100655 }}{{ref-en}}</ref><ref>{{cite news|url=http://www.technologyreview.com/view/507721/the-computer-that-stores-and-processes-information-at-the-same-time/|title=The Computer That Stores and Processes Information At the Same Time|quote=Emerging Technology From the arXiv|date=2012-11-21|publisher=MIT Technology review|lang=en|accessdate=2015-01-09|archivedate=2015-01-09|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150109042058/http://www.technologyreview.com/view/507721/the-computer-that-stores-and-processes-information-at-the-same-time/}}</ref>.


Рассматривается возможность применения мемристоров в качестве искусственных синапсов (весовых модулей) нейропроцессоров и [[Искусственная нейронная сеть|искусственных нейросетей]]. Поведение мемристора напомининает работу биологического [[синапс]]а — чем интенсивнее входной сигнал, тем выше пропускная способность синапса («вес» сигнала). В частности, нейросети на основе мемристоров могут обучаться по биоподобным локальным правилам, таким как {{iw|STDP|STDP|en|STDP}}<ref>[https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2013.00002/full]</ref>. Данное решение позволит сильно упростить конструкцию [[Искусственная нейронная сеть|нейропроцессора]] и уменьшить его стоимость, так как хорошо воспроизводится на уже имеющихся технологических линиях по производству микрочипов. Однако на 2020 год остается не решенной основная проблема мемристивных устройств — их воспроизводимость (как от устройства к устройству, так и от цикла к циклу резистивного переключения).
Рассматривается возможность применения мемристоров в качестве искусственных синапсов (весовых модулей) нейропроцессоров и [[Искусственная нейронная сеть|искусственных нейросетей]]. Поведение мемристора напоминает работу биологического [[синапс]]а — чем интенсивнее входной сигнал, тем выше пропускная способность синапса («вес» сигнала). В частности, нейросети на основе мемристоров могут обучаться по биоподобным локальным правилам, таким как {{iw|STDP|STDP|en|STDP}}<ref>{{Статья|ссылка=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2013.00002/full|автор=Teresa Serrano-Gotarredona, Timothée Masquelier, Themistoklis Prodromakis, Giacomo Indiveri, Bernabe Linares-Barranco|заглавие=STDP and STDP variations with memristors for spiking neuromorphic learning systems|год=2013|язык=English|издание=Frontiers in Neuroscience|том=7|issn=1662-453X|doi=10.3389/fnins.2013.00002|archivedate=2020-11-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20201128194052/https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2013.00002/full}}</ref>. Это решение позволит сильно упростить конструкцию [[Искусственная нейронная сеть|нейропроцессора]] и уменьшить его стоимость, так как хорошо приспособлен для производства на уже имеющихся технологических линиях по производству микросхем. Однако, (2021 год) остается нерешённой основная проблема мемристорных устройств — их воспроизводимость (как от экземпляра к экземпляру, так и от цикла к циклу переключения состояния).


== См. также ==
== См. также ==
Строка 50: Строка 52:


== Литература ==
== Литература ==
* Chua, Leon O, «[http://www.cpmt.org/scv/meetings/chua.pdf Memristor—The Missing Circuit Element]», IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519. [[doi:10.1109/TCT.1971.1083337]]<!-- cited by 2000-->
* ''Chua, Leon O.'' «[http://www.cpmt.org/scv/meetings/chua.pdf Memristor—The Missing Circuit Element]», IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519. [[doi:10.1109/TCT.1971.1083337]]<!-- cited by 2000-->
* Strukov, Dmitri B., et al. «[http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee129/fa08/handouts/TheMissingMemristorFound.pdf The missing memristor found].» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. [[doi:10.1038/nature06932]]<!-- cited by 2,7k-->
* ''Strukov, Dmitri B., et al.'' «[http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee129/fa08/handouts/TheMissingMemristorFound.pdf The missing memristor found].» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. [[doi:10.1038/nature06932]]<!-- cited by 2,7k-->
* [http://engineering-science.ru/doc/409216.html ''Храповицкая Ю. В., Маслова Н. Е., Занавескин М. Л., Марченков А. Н.'' Моделирование частотных и мощностных характеристик мемристора на основе оксида титана.]


== Ссылки ==
== Ссылки ==
* Олег Нечай, [https://web.archive.org/web/20120805122407/http://www.computerra.ru/vision/591537/ Мемристор: «недостающий элемент»] // Компьютерра-Онлайн, 3 февраля 2011 года
* ''Олег Нечай'' [https://web.archive.org/web/20120805122407/http://www.computerra.ru/vision/591537/ Мемристор: «недостающий элемент»] // Компьютерра-Онлайн, 3 февраля 2011 года
* Бёрд Киви, [http://www.3dnews.ru/906763 Мемристоры: пора ли переписывать учебники?] // 3DNews, 18 декабря 2014
* Бёрд Киви, [http://www.3dnews.ru/906763 Мемристоры: пора ли переписывать учебники?] // 3DNews, 18 декабря 2014
* [http://memlinks.eu MEMLINKS] // Ссылки на научные работы о мемристорах
* [http://memlinks.eu MEMLINKS] // Ссылки на научные работы о мемристорах

{{электронные компоненты}}
{{электронные компоненты}}


[[Категория:Пассивные компоненты]]
[[Категория:Резисторы]]
[[Категория:Нанотехнология]]
[[Категория:Нанотехнология]]

Текущая версия от 08:07, 14 марта 2024

Обозначение мемристора на электрических принципиальных схемах
Соотношения между четырьмя фундаментальными электрическими переменными и двухполюсниками, связывающими эти переменные
Схема устройства мемристора

Мемри́стор (от англ. memory — память, и англ. resistor — электрическое сопротивление) — пассивный электрический элемент, двухполюсник в микроэлектронике, способный изменять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда (интеграла тока по времени).

Может быть описан как двухполюсник с нелинейной вольт-амперной характеристикой, обладающей гистерезисом[1].

Математическая модель

[править | править код]
Вольт-амперные характеристики образца мемристора снятые при трёх разных частотах приложенного напряжения

Теория мемристора была разработана в 1971 году профессором Леоном Чуа[англ.] (Цай Шаотаном в китайской транскрипции[2]). В ней устанавливаются отношения между интегралами по времени силы тока, протекающего через элемент, и напряжением на нём. Долгое время мемристор считался теоретическим объектом, который нельзя построить[источник не указан 1406 дней].

Однако лабораторный образец запоминающего элемента, демонстрирующего некоторые свойства мемристора[3][4], был создан в 2008 году коллективом учёных во главе с Р. С. Уильямсом в исследовательской лаборатории фирмы Hewlett-Packard[5][6][7][8].

В отличие от теоретической модели, полученное устройство не накапливает заряд, подобно конденсатору, и не сохраняет магнитный поток, как катушка индуктивности. Работа устройства (изменение его сопротивления — резистивное переключение, — и других свойств[4]) обеспечивается за счёт химических превращений в тонкой (5 нм) двухслойной плёнке диоксида титана. Один из слоев плёнки слегка обеднен кислородом, и кислородные вакансии мигрируют между слоями под действием приложенного к устройству электрического напряжения. Данную реализацию мемристора следует отнести к классу наноионных устройств.

Наблюдающееся в мемристоре явление гистерезиса позволяет использовать его в качестве ячейки памяти (RRAM). Гипотетически мемристоры смогут заменить транзисторы в некоторых частных применениях.

Теоретически мемристорные запоминающие элементы могут быть более компактными и быстрыми, чем современная флеш-память. Также блоки из них могут заменить ОЗУ. Особенность мемристоров «запоминать» заряд может позволить впоследствии отказаться от загрузки системы компьютера: в памяти компьютера, отключённого от питания, будет храниться его последнее состояние. При поддержке со стороны программного обеспечения компьютер можно будет включить и начать работу с того места, на котором она была остановлена при выключении.

По заявлениям Hynix и Hewlett-Packard, технология готова к производству. Изначально сообщалось, что накопители на базе мемристоров выйдут в 2013 году[9], но затем выпуск был перенесён на 2014 год[10][11].

В 2014 году HP опубликовала проект суперкомпьютера The Machine, в котором планируется использовать волоконно-оптические линии связи и память на базе мемристоров[12]. Рабочий прототип устройства продемонстрирован в конце 2016 года, коммерциализация технологии ожидалась к 2018 или 2019 году[13]. До сих пор ведутся работы по этому направлению.

Перспективы применения в качестве вычислительных устройств

[править | править код]

Мемристоры могут быть использованы не только для хранения данных. Так, М. Ди Вентра и Ю. В. Першиным была предложена концепция вычислительных машин, в которых хранение и обработка информации осуществляется одним и тем же физическим устройством, основанным на мемристорах[14][15].

Рассматривается возможность применения мемристоров в качестве искусственных синапсов (весовых модулей) нейропроцессоров и искусственных нейросетей. Поведение мемристора напоминает работу биологического синапса — чем интенсивнее входной сигнал, тем выше пропускная способность синапса («вес» сигнала). В частности, нейросети на основе мемристоров могут обучаться по биоподобным локальным правилам, таким как STDP[англ.][16]. Это решение позволит сильно упростить конструкцию нейропроцессора и уменьшить его стоимость, так как хорошо приспособлен для производства на уже имеющихся технологических линиях по производству микросхем. Однако, (2021 год) остается нерешённой основная проблема мемристорных устройств — их воспроизводимость (как от экземпляра к экземпляру, так и от цикла к циклу переключения состояния).

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Pershin, Y. V.; Di Ventra, M. (2011), "Memory effects in complex materials and nanoscale systems", Advances in Physics, 60 (2): 145, arXiv:1011.3053, Bibcode:2011AdPhy..60..145P, doi:10.1080/00018732.2010.544961
  2. ↑ Chua, Leon O, «Memristor—The Missing Circuit Element Архивная копия от 13 декабря 2013 на Wayback Machine», IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519.
  3. ↑ «The Missing Memristor: Novel Nanotechnology or rather new Case Study for the Philosophy and Sociology of Science?» by Sascha Vongehr, Advanced Science Letters 17, pp. 285—290 (2012), arXiv:1205.6129 Архивная копия от 26 августа 2016 на Wayback Machine
  4. ↑ 1 2 Бёрд Киви, Мемристоры: пора ли переписывать учебники? Архивная копия от 9 января 2015 на Wayback Machine // 3DNews, 18 декабря 2014: "А было ли открытие? … следует отметить существенные различия между тем мемристором, который был теоретически предсказан Леоном Чуа в 1971 году и тем устройством … наноконструкция, обнаруженная в HP, фактически представляет собой аналоговое запоминающее устройство, которое вообще не требует для своей работы эффектов магнетизма.
  5. ↑ "HP Labs Proves Existence of New Basic Element for Electronic Circuits. "Memristor" discovery could lead to far more energy-efficient computing systems with memories that don't forget, never need to be booted up". press-release (англ.). HP. 2008-04-30. Архивировано 11 января 2015. Дата обращения: 9 января 2015.
  6. ↑ Strukov, Dmitri B., et al. «The missing memristor found Архивная копия от 9 января 2015 на Wayback Machine.» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. doi:10.1038/nature06932
  7. ↑ Четвертый элемент: специалисты HP воплотили в жизнь технологию памяти, придуманную 37 лет назад Архивная копия от 26 февраля 2009 на Wayback Machine // IXBT, 05 Мая, 2008
  8. ↑ Sally Adee (2008-05-01). "The Mysterious Memristor. Researchers at HP have solved the 37-year mystery of the memory resistor, the missing 4th circuit element" (англ.). IEEE Spectrum. Архивировано 9 января 2015. Дата обращения: 9 января 2015.
  9. ↑ HP, Hynix to launch memristor memory 2013 Архивная копия от 8 января 2015 на Wayback Machine // EETimes, Peter Clarke, 2011-10-06
  10. ↑ Разработка мемристоров завершена, но HP и Hynix не хотят подрывать рынок флэш-памяти Архивная копия от 18 мая 2017 на Wayback Machine // IXBT, 28 Сентября, 2012
  11. ↑ Memristors' one-year delay will hit IT in the wallet Архивная копия от 3 октября 2012 на Wayback Machine // ZDNet, July 10, 2012
  12. ↑ Peter Bright (2014-06-11). "HP plans to launch memristor, silicon photonic computer within the decade Electrons, photons, and ions will work together to revolutionize computing" (англ.). arstechnica. Архивировано 10 января 2015. Дата обращения: 9 января 2015.
  13. ↑ "HP представила прототип суперкомпьютера, который в 8000 раз быстрее существующих ПК". Типичный программист. Архивировано 20 декабря 2016. Дата обращения: 6 декабря 2016.
  14. ↑ M. Di Ventra, Y. V. Pershin. Memcomputing: a computing paradigm to store and process information on the same physical platform Архивная копия от 23 декабря 2015 на Wayback Machine // Nature Physics 9, 200—202, 2013; arXiv:1304.1675 Архивная копия от 25 февраля 2021 на Wayback Machine (англ.)
  15. ↑ "The Computer That Stores and Processes Information At the Same Time" (англ.). MIT Technology review. 2012-11-21. Архивировано 9 января 2015. Дата обращения: 9 января 2015. Emerging Technology From the arXiv
  16. ↑ Teresa Serrano-Gotarredona, Timothée Masquelier, Themistoklis Prodromakis, Giacomo Indiveri, Bernabe Linares-Barranco. STDP and STDP variations with memristors for spiking neuromorphic learning systems (англ.) // Frontiers in Neuroscience. — 2013. — Т. 7. — ISSN 1662-453X. — doi:10.3389/fnins.2013.00002. Архивировано 28 ноября 2020 года.

Литература

[править | править код]

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Мемристор&oldid=136670211