Мемристор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая 109.252.53.237 (обсуждение) в 08:36, 23 апреля 2019 (→См. также). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
Отпатрулированная версия этой страницы, проверенная 25 апреля 2019, была основана на этой версии.
Знак мемристора

Мемри́стор (англ. memristor, от memory — память, и resistor — электрическое сопротивление) — пассивный элемент в микроэлектронике, способный изменять своё сопротивление в зависимости от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы).

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

Математическая модель

Теория мемристора была создана в 1971 году профессором Леоном Чуа[англ.] (Цай Шаотаном)[2].

Устанавливает отношения между интегралами по времени силы тока, протекающего через элемент, и напряжением на нём. Долгое время мемристор считался теоретическим объектом, который нельзя построить.

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 поддерживает магнитный поток, как катушка индуктивности. Работа устройства (изменение его свойств[4]) обеспечивается за счет химических превращений в тонкой (5 нм) двухслойной плёнке диоксида титана. Один из слоев пленки 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. Гипотетически мемристоры смогут заменить транзисторы в части случаев.

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 позволит 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 ожидается к 2018 или 2019 году.[13]

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[14][15].

Рассматривается возможность применения мемристоров в качестве искусственных синапсов (весовых модулей) нейропроцессоров и искусственных нейросетей. Поведение мемристора напомининает работу биологического синапса - чем интенсивнее входной сигнал, тем выше пропускная способность синапса ("вес" сигнала). Данное решение позволит сильно упростить конструкцию нейропроцессора и его стоимость, так как хорошо воспроизводится на уже имеющихся технологических линиях по производству микрочипов.

См. также

Примечания

  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", 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
  4. ↑ 1 2 Бёрд Киви, 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.
  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. April 30, 2008. Дата обращения: 9 января 2015.
  6. ↑ Strukov, Dmitri B., et al. "The missing memristor found." // 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 (1 May 2008). "The Mysterious Memristor. Researchers at HP have solved the 37-year mystery of the memory resistor, the missing 4th circuit element" (англ.). IEEE Spectrum. Дата обращения: 9 января 2015.
  9. ↑ HP, Hynix to launch memristor memory 2013 // 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 // ZDNet, July 10, 2012
  12. ↑ Peter Bright (Jun 11, 2014). "HP plans to launch memristor, silicon photonic computer within the decade Electrons, photons, and ions will work together to revolutionize computing" (англ.). arstechnica. Дата обращения: 9 января 2015.
  13. ↑ "HP представила прототип суперкомпьютера, который в 8000 раз быстрее существующих ПК". Типичный программист. 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 // Nature Physics 9, 200-202, 2013; arXiv:1304.1675 (англ.)
  15. ↑ "The Computer That Stores and Processes Information At the Same Time" (англ.). MIT Technology review. November 21, 2012. Дата обращения: 9 января 2015. Emerging Technology From the arXiv

Литература

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Мемристор&oldid=99380197