有机忆阻器:颠覆存储江湖的新剑客??? 2017-11-03

 ​忆阻器

——传说中电阻器、电容器和电感元件以外的电路第四元件

最早在 1971 年由加州大学柏克莱分校的蔡少棠教授提出,概念取自于“记忆”和“电阻器”两个字的组合。他认为电阻、电容和电感代表电子学中电压、电流、电荷和磁通量 4 项重要元素之间的关系,但代表电荷和磁通量之间关系的元件尚未存在,于是将其命名为忆阻器

 

 

2008年,惠普公司的研究人员首次做出纳米忆阻器件,掀起忆阻研究热潮:因为纳米忆阻器件的出现,有望实现非易失性随机存储器;同时,基于忆阻的随机存储器的集成度,功耗,读写速度都要比传统的随机存储器优越;忆阻作为硬件实现人工神经网络突触的最好方式;由于忆阻的非线性性质,可以产生混沌电路,从而在保密通信中也有很多应用

 

此前忆阻器研究一直处于实验阶段

但这个传说可能不久就会实现,近日,来自新加坡、美国和印度的国际团队研究出一种新型有机忆阻器,不只速度快且稳定性高,保存资料的时间更打破原有纪录

 

 

先为大家解释一下忆阻器的工作原理:

忆阻器的特性在于电阻并不固定,会因为通过的电荷不同而改变

当电荷不再通过时,电阻就会停留在最后通过的值而不再改变。如果把电荷比作流进水管的水,电阻是水管的直径,忆阻器就像随着水流大小改变粗细的水管;如果流过的水量(电荷)大,那水管就会变粗(电阻增加);如果流过的水量(电荷)小,那水管就会变细(电阻减少);如果水停了,水管就会维持最后的直径

(怎么样,是不是很好理解…对…好理解…)

 

利用忆阻器的特性来打造存储器

意味着即使关闭电源也能保存资料内容,而且能以更小的空间储存资料,理论上足以取代现有的快闪存储器。同时忆阻器与人脑神经突触的属性类似,可能可以帮助模拟人脑的特征,加速人工智能的进展;但由于技术上的困难,忆阻器的概念提出时只被视为理论上的存在

 

研发获得突破:实现无电源保存

 

2007 年惠普宣布其团队成功研发出固态忆阻器

这种忆阻器以无机二氧化钛为原料,形成一片双层薄膜;惠普的目的不仅是利用忆阻器取代快闪存储器,更想借此打造全新的电脑型态;虽然 2010 年宣称将与韩国半导体公司 SK 海力士合作,在 2013 年推出忆阻器产品,但始终停留在只闻楼梯响的阶段


而就在最近

由新加坡大学、印度科学协会(IACS)和耶鲁大学合作的国际团队选择有机物为原料,打造新型的忆阻器。这款忆阻器由过渡金属钌和有机材料“azo-aromatic ligands”所组成,而且成分中的有机分子也相当稳定

 

新型的有机忆阻器能在 50 奈秒内切换状态,并能在无电力状况下保存资料长达 11 天。更重要的是,这种有机忆阻器的原料既不罕见也不危险,技术上易于制造且和现有技术相比,在成本具相当竞争力。团队领导人表示,将寻求工业合作伙伴,以期发挥这项材料的功能

未来展望:忆阻器的应用设想

 

首先就是有望制成更快更节能的即开型PC

忆阻器最简单的应用就是作为非易失性阻抗存储器(RRAM)

当前的动态随机存储器所面临的最大问题是,当你关闭PC电源时,动态随机存储器就忘记了那里曾有过什么,所以下次打开计算机电源,你就必须坐在那儿等到所有需要运行计算机的东西都从硬盘装入到动态随机存储器。有了非易失性随机存储器,那个过程将是瞬间的,并且你的PC会回到你关闭时的相同状态

 

 

研究人员称,忆阻器可让手机在使用数周或更久时间后无需充电,也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很久仍能保存信息。同时也有望挑战数码设备中普遍使用的闪存,因为它具有关闭电源后仍可以保存信息的能力。利用这项新发现制成的芯片,将比闪存更快地保存信息,消耗更少的电力,占用更少的空间


其次就是为模拟计算机铺路

忆阻器能让电脑理解人类搜集数据的方式,类似于人类大脑搜集、理解一系列事情的模式,可让计算机在找出自己保存的数据时更加智能。例如,根据以往搜集到的信息,忆阻器电路可以告诉一台微波炉对于不同食物的加热时间

 

 

许多研究人员正试图编写在标准机器上运行的计算机代码,以此来模拟大脑功能,他们使用大量有巨大处理能力的机器,但也仅能模拟大脑很小的部分。研究人员称,他们能用一种不同于写计算机程序的方式来模拟大脑或模拟大脑的某种功能,即依靠构造某种基于忆阻器的仿真类大脑功能的硬件来实现

 

而作为基本原理:不用1和0,而代之以像明暗不同的灰色之中的几乎所有状态。这样的计算机可以做许多种数字式计算机不太擅长的事情——比如做决策,判定一个事物比另一个大,甚至是学习;这样的硬件可用来改进脸部识别技术,应该比在数字式计算机上运行程序要快几千到几百万倍

 

 

国内发展:处于探索阶段,有待进一步开发

 

“就在忆阻器的机理尚未完全探明时,国外商业竞争已进入白热化阶段了。”国防科技大学电子科学与工程学院教授徐晖说;自惠普忆阻器原型问世以来,国际研究迅速升温,至今已有百余所研究机构参与;不仅英、德、韩等国相继加入,Intel、IBM等工业巨头也在美国军方支持下砸下重金;2009年,科技部启动国际合作项目“忆阻器材料及其原型器件”,项目负责人表示:“国内忆阻器研究目前还处于初始阶段”

 

看起来,无论是在这一领域还是国产主控领域,我们都有很长的一段路要追赶;但我相信在不久的将来,我们也一定能迈进世界领先行列

(以上文章内容来源于网络)

 

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(网络配图)

 

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