记忆电阻器

发展

　　基础电子学教科书列出三个基本的被动电路元件：电阻器、电容器和电感器；电路的四大基本变量则是电流、电压、电荷和磁通量。37年前蔡少堂（Leon Chua）就预测有第四个元件的存在，即记忆电阻器（memristor），实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器。

　　美国惠普公司实验室研究人员在5月1日出版的英国《自然》杂志上发表论文宣称，他们已经证实了电路世界中的第四种基本元件———记忆电阻器，简称忆阻器（Memristor）的存在，并成功设计出一个能工作的忆阻器实物模型。这项发现将有可能用来制造非易失性存储设备、即开型PC、更高能效的计算机和类似人类大脑方式处理与联系信息的模拟式计算机等铺平了道路，未来甚至可能会通过大大提高晶体管所能达到的功能密度，对电子科学的发展历程产生重大影响。

特点

　　记忆电阻器跟人脑运作方式颇为类似。记忆电阻器可使手机将来使用数周或更久而不需充电；使个人电脑开机后立即启动；笔记型电脑在电池耗尽之后很久仍记忆上次使用的信息。记忆电阻器也将挑战掌上电子装置目前普遍使用的闪存，因为它具有关闭电源后仍记忆数据的能力。利用惠普公司这项新发现制成的晶片，将比今日的闪存更快记忆信息，消耗更少电力，占用更少空间。

应用

　　记忆电阻器作为逻辑电路

　　单纯作为NAND型闪存芯片的替代者，在存储业界打混并不是记忆电阻器的应用。最近小编我得到一些消息，忆阻元件并非仅仅用在存储领域，同样也可以用于半导体逻辑芯片中。其中惠普公司已经宣布，他们所研制的芯片可以执行逻辑功能。换句话说，记忆电阻器既可以作为一个存储单元件，同时也可以作为逻辑执行元件。它是一道锁，也可以是一道门。

　　记忆电阻器最初的用途可能是用来代替闪存为存储业界提供更高规格的存储解决方案。而随着时间的推移，他们可以作为一个大型数据中心在DRAM与HDD之间的缓冲层。此后记忆电阻器产品将直接接管闪存和硬盘成为存储产品。但是在这种情况下，记忆电阻器内的数据仍然需要处理器这样的逻辑执行芯片进行处理。

　　而在记忆电阻器的形态下，你可以得到一个更有趣的应用。存储设备同样可以完成数据的计算和处理。你可以决定芯片中哪些部分是用来存储数据的，同样在这块芯片中哪些部分是用来处理数据的。记忆电阻器最终的应用样子应该是处理器与存储器的合体。

相关

　　一、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构造新型的非易失性随机存储器，或当计算机关闭后不会忘记它们曾经所处的能量状态的存储芯片。研究人员称，今天的动态随机存储器所面临的问题是，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。忆阻器也有望挑战目前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，将比目前的闪存更快地保存信息，消耗更少的电力，占用更少的空间。

　　二、为开发模拟式计算机铺平道路

　　忆阻器还能让电脑理解以往搜集数据的方式，这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。比如，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。

　　当前，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，他们现在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。其基本原理是，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。

　　研究人员表示，事实上，现在就可以用任何工厂来做这些东西，但是投资忆阻器电路设计要比建造工厂昂贵得多，而且，目前还没有忆阻器的模型，关键是要设计出必要的工具，并为忆阻器找到合适的应用。忆阻器需要多久才能应用于实际的商业器件，相对于技术问题而言，可能更多的是个商业决策问题。研究人员预测，这种技术产品5年后才可能投入商业应用。

　　如今，美国惠普公司实验室的斯坦·威廉斯和同事在进行极小型电路实验时，终于制造出忆阻的实物模型。他们像制作三明治一样，将一层纳米级的二氧化钛半导体薄膜夹在由铂制成的两个金属薄片之间。这些材料都是标准材料，制作忆阻的窍门是使其组成部分只有5纳米大小，也就是说，仅相当于人一根头发丝的1万分之一那么细。

　　科学家指出，只有在纳米尺度上，忆阻的工作状态才可以被察觉到。他们希望这种新元件能够给计算机的制造和运行方式带来革命性变革。科学家说，用忆阻电路制造出的计算机将能“记忆”先前处理的事情，并在断电后“冻结”这种“记忆”。这将使计算机可以反复立即开关，因为所有组件都不必经过“导入”过程就能即刻回复到最近的结束状态。