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一種以憶阻器為基礎(chǔ)的裝置可用于構(gòu)建類大腦系統(tǒng)和十進(jìn)制計(jì)算機(jī),。
基本電子元件——憶阻器好像仍能制造一些驚喜,。自從研究者制造了第一個(gè)憶阻器以來,這個(gè)神秘的設(shè)備就產(chǎn)生了大量的應(yīng)用——更密集的非易失性存儲(chǔ)器,、新的通用邏輯門、類大腦計(jì)算機(jī)等等。此外,,都柏林三一學(xué)院的物理學(xué)家表示:還有十進(jìn)制存儲(chǔ)。
與基于晶體管的,、被設(shè)計(jì)為假定只有二進(jìn)制狀態(tài)的存儲(chǔ)器不同,,憶阻器可以容納更多,。三一學(xué)院的研究人員制造了一個(gè)能存儲(chǔ)六阻態(tài)的憶阻器,他們還聲稱,,將其擴(kuò)展到十進(jìn)制或更多也不成問題,。
與閃存和動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)一位電荷不同,憶阻器(或稱阻變式存儲(chǔ)器,,RRAM)將內(nèi)存作為電阻,。該裝置會(huì)通過改變其內(nèi)部的電阻“記住”已通過電流的電平。當(dāng)電流沿另一個(gè)方向流動(dòng)時(shí),,電阻就會(huì)減小,。
三一學(xué)院的憶阻器有些不同。其一是,,與其他的憶阻器不同,,它也可以作為一個(gè)二極管:電阻電平可以僅通過在一個(gè)方向上流動(dòng)的電流進(jìn)行控制。二極管的效果來自一個(gè)后期的處理步驟,,稱為電鑄,。該裝置將一個(gè)二氧化鈦半導(dǎo)體納米線夾在兩個(gè)金屬電極之間。一旦組成憶阻器,,長(zhǎng)期暴露于10伏的電壓下會(huì)提升陰極接口附近的電荷載體的數(shù)量,,形成一個(gè)二極管結(jié)。
除在一個(gè)方向上導(dǎo)電以外,,這款憶阻器存儲(chǔ)比特的方式也不同,。一個(gè)正常的憶阻器需要兩種不同的電壓來存儲(chǔ)兩個(gè)不同電平的電阻,三一學(xué)院的物理學(xué)家柯蒂斯?奧凱立(Curtis O’Kelly)說:“你施加5伏的電壓,,得到一種電阻位,;施加10伏的電壓,就得到另一種電阻位,?!彼c約翰?博蘭(John Boland)和杰薩曼?費(fèi)爾菲爾德(Jessamyn Fairfield)發(fā)現(xiàn)了一些新屬性,“在我們的設(shè)備上,,你施加一次7.5伏的電壓,,就會(huì)帶你上升一個(gè)電阻電平,當(dāng)你施加另一個(gè)7.5伏的脈沖時(shí),,又會(huì)帶你上升到另一個(gè)電阻電平,。”經(jīng)過6次這樣的脈沖,,研究人員發(fā)現(xiàn),,他們的設(shè)備達(dá)到了飽和狀態(tài),電阻再也不會(huì)發(fā)生變化,。奧凱立解釋說,,你可以在任何電平上停止,,這一電平會(huì)被存儲(chǔ)下來,之后再施加另一個(gè)脈沖,,將會(huì)帶你上升到一個(gè)新的電平,,或者你也可以通過施加一個(gè)負(fù)7.5伏的脈沖復(fù)位設(shè)備。他說,,由于憶阻器是一個(gè)二極管,,你可以無需電流通過而重置存儲(chǔ)單元,而這在“正常的”憶阻器上是無法實(shí)現(xiàn)的,。
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研究人員表示,,存儲(chǔ)效應(yīng)的機(jī)制可以通過電極接口處的納米線發(fā)生的物理變化來解釋。奧凱立說,,“當(dāng)你在一個(gè)觸點(diǎn)上施加正電壓時(shí),,就生成了一定的氧空位——從電線晶格中去除氧氣——這使得電子”更容易進(jìn)入金屬。負(fù)7.5伏的脈沖將金電極上的電子注入納米線,,在接口處破壞氧空位,,使納米線的導(dǎo)電性變差。
電阻電平的數(shù)量是靈活的,,在該裝置中可以多達(dá)10個(gè),。奧凱立說:“最終的限制是每個(gè)電平之間的分辨率?!?/p>
這種系統(tǒng)使奧凱立想象到了十進(jìn)制的存儲(chǔ),,它可以在每個(gè)存儲(chǔ)單元中保留10個(gè)不同的阻態(tài)。當(dāng)然,,這樣的存儲(chǔ)在二進(jìn)制運(yùn)算的世界中是否有價(jià)值是值得商榷的,。一方面,十進(jìn)制的存儲(chǔ)可能會(huì)更加密集,。例如,,最大的無符號(hào)二進(jìn)制的64位整數(shù)——18,446,744,073,709,551,615——可以以20位而不是64位表示。但十進(jìn)制存儲(chǔ)與二進(jìn)制邏輯接口可能會(huì)抵消任何進(jìn)展,。奧凱立表示,,電子工程師們需要制造出“基礎(chǔ)設(shè)施,以應(yīng)對(duì)這種新型存儲(chǔ),?!?/p>
在有人根據(jù)三一學(xué)院的憶阻器重新設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)之前,該設(shè)備將需要獲得一些重大的進(jìn)展,。劍橋大學(xué)的物理學(xué)家詹姆斯?斯科特(James Scott)將該設(shè)備的低轉(zhuǎn)速比作“8世紀(jì)的手動(dòng)算盤”,。
位于奧爾巴尼的紐約州立大學(xué)的電氣工程師哈瑞卡?曼尼姆(Harika Manem)建議,將該設(shè)備制造得更小應(yīng)該能幫助解決這個(gè)問題,。曼尼姆并不是十進(jìn)制計(jì)算的信徒,,但她認(rèn)為,這些多態(tài)憶阻器對(duì)于她感興趣的研究——基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非常規(guī)仿生邏輯系統(tǒng)——會(huì)很有幫助,。她說:“他們?cè)O(shè)備的好處是,,它具有易重復(fù)且一致的可控狀態(tài),如果他們能將其縮小,,應(yīng)該會(huì)更具有實(shí)用性,。”