博文
记忆电阻（110308）
精选
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记忆电阻（110308）
闵应骅
上篇博文“从微电子到纳电子（110227）”谈到了记忆电阻。没想到本月的ACM通讯也有一篇长文，介绍记忆电阻。可见此事受到了相当的重视。
从理论上说，记忆电阻并不是很新颖的。早在1971年, Leon O.Chua 在IEEE Transactions on Circuit Theory发表了一篇文章“Memristor—The Missing Circuit Element”，提供了记忆电阻的数学基础。他认为，基本的电子构件有四种：电阻、电容、电感、记忆电阻。定义它们的基本的电路参数也有四个：电流、电压、电荷（charge）q,磁漏（flux-linkage）φ。电荷对时间的导数是电流；磁漏对时间的导数是电压。而揭示φ，q之间的关系，正预言了这种元件的实现。Leon O.Chua教授现任UCBerkeley的教授，1961 MIT MSEE，1964 UIUC Ph.D，1974 IEEE Fellow。你看，这一项基础研究，40年以后才在工业界受到重视。所以，要求基础研究立竿见影是不现实的。
今天，信息存储产业，晶体管在继续扩展上碰了壁，预示着摩尔定律的终结。去年8月，HP宣布，与韩国Hynix合作开发了基于记忆电阻的存储器芯片(ReRAM)，三年后上市。这种基于钛材料的芯片将取代快速闪存，提高速度10倍，节省能量10倍。用原子显微镜拍下的17个记忆电阻的电路如后面的图所示。另外，莱斯大学和PrivaTran合作开发了全硅的ReRAM。
实际上，记忆电阻可以用许多不同材料制成，其组值随两端电压而变，随所加电压的时间长短而变。刚开始时是作为二值存储元件，但也可以工作在模拟方式，而成为一种新型的逻辑电路。产生一种新型的计算，使之在存储数据的芯片内进行，而不在CPU上进行。这就更像神经系统，神经元之间的连接可以有强弱，而导致人脑学习和配置功能。这种存储是非易失性的，关了电源也不会丢。它可以做到1纳米级别。Chua说10个记忆电阻可能能做原来要50个晶体管才能做的事。近期，记忆电阻可能主要用于存储设备，将来可能用于人工神经网络，像模式识别，传感器信号的实时分析等。
当然，并不是大家都走这条路。INTEL搞非易失性的相变存储器。看来，原来用晶体管的路子是走不下去了。
莱斯大学的教授说，目前来看，记忆电阻作为一种电路元件，从材料花费到制备工艺、可扩展性和开关时间都很好，就是开关电压要求较高，但有望解决。不论是硅-钛记忆电阻芯片，还是全硅的记忆电阻芯片，达到实际应用都有许多工程问题有待解决。而搞计算机的人关心的是模型化。只有模型化之后，才能考虑与计算机体系结构有关的问题。记忆电阻的记忆和工作，更像一个模拟装置，处理一定范围内的许多值。所以，模拟计算机能不能翻身，还很难说。
https://wap.sciencenet.cn/blog-290937-420093.html
上一篇：科研选题面向应用与基础性有矛盾（110223）
下一篇：11项信息新技术（上）（110315）
闵应骅
上篇博文“从微电子到纳电子（110227）”谈到了记忆电阻。没想到本月的ACM通讯也有一篇长文，介绍记忆电阻。可见此事受到了相当的重视。
从理论上说，记忆电阻并不是很新颖的。早在1971年, Leon O.Chua 在IEEE Transactions on Circuit Theory发表了一篇文章“Memristor—The Missing Circuit Element”，提供了记忆电阻的数学基础。他认为，基本的电子构件有四种：电阻、电容、电感、记忆电阻。定义它们的基本的电路参数也有四个：电流、电压、电荷（charge）q,磁漏（flux-linkage）φ。电荷对时间的导数是电流；磁漏对时间的导数是电压。而揭示φ，q之间的关系，正预言了这种元件的实现。Leon O.Chua教授现任UCBerkeley的教授，1961 MIT MSEE，1964 UIUC Ph.D，1974 IEEE Fellow。你看，这一项基础研究，40年以后才在工业界受到重视。所以，要求基础研究立竿见影是不现实的。
今天，信息存储产业，晶体管在继续扩展上碰了壁，预示着摩尔定律的终结。去年8月，HP宣布，与韩国Hynix合作开发了基于记忆电阻的存储器芯片(ReRAM)，三年后上市。这种基于钛材料的芯片将取代快速闪存，提高速度10倍，节省能量10倍。用原子显微镜拍下的17个记忆电阻的电路如后面的图所示。另外，莱斯大学和PrivaTran合作开发了全硅的ReRAM。
实际上，记忆电阻可以用许多不同材料制成，其组值随两端电压而变，随所加电压的时间长短而变。刚开始时是作为二值存储元件，但也可以工作在模拟方式，而成为一种新型的逻辑电路。产生一种新型的计算，使之在存储数据的芯片内进行，而不在CPU上进行。这就更像神经系统，神经元之间的连接可以有强弱，而导致人脑学习和配置功能。这种存储是非易失性的，关了电源也不会丢。它可以做到1纳米级别。Chua说10个记忆电阻可能能做原来要50个晶体管才能做的事。近期，记忆电阻可能主要用于存储设备，将来可能用于人工神经网络，像模式识别，传感器信号的实时分析等。
当然，并不是大家都走这条路。INTEL搞非易失性的相变存储器。看来，原来用晶体管的路子是走不下去了。
莱斯大学的教授说，目前来看，记忆电阻作为一种电路元件，从材料花费到制备工艺、可扩展性和开关时间都很好，就是开关电压要求较高，但有望解决。不论是硅-钛记忆电阻芯片，还是全硅的记忆电阻芯片，达到实际应用都有许多工程问题有待解决。而搞计算机的人关心的是模型化。只有模型化之后，才能考虑与计算机体系结构有关的问题。记忆电阻的记忆和工作，更像一个模拟装置，处理一定范围内的许多值。所以，模拟计算机能不能翻身，还很难说。
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