Hewlett-Packard открыла четвёртое звено электротехники!

На днях Hewlett-Packard объявила, что ее исследователи из HP Labs (головного исследовательского подразделения компании) создали четвертый базовый элемент микросхем – нелинейное сопротивление с памятью, теоретическое существование которого было предсказано еще 37 лет назад. Элемент получил название мемристор (memristor). Это научное открытие позволит создавать компьютерные системы, память в которых никогда не будет стерта со временем, не требующие перезагрузки, значительно более энергоэкономичные, а способ организации хранения данных в них будет напоминать человеческий мозг.

Леон Чаи (Leon Chua), заслуженный сотрудник Департамента по электротехнике и компьютерной науке в Университете Беркли в Калифорнии, еще 37 лет назад описал математическую модель и физические свойства мемристора. Чаи утверждал, что мемристор – это четвертый базовый элемент микросхем, наряду с резистором, конденсатором и катушкой индуктивности, имеющий уникальные свойства, которые невозможно получить путем комбинирования остальных трех элементов.

Создание нового элемента стало возможным благодаря использованию нанотехнологий. "Изобретение чего-то нового, и в особенности такого фундаментального, как мемристор, в электротехнике – это большая удача", – говорит Стенли Вильямс (Stanley Williams), руководитель проекта. – "Использование мемристоров в промышленности, особенно в компьютерной отрасли, позволит сделать большой технологический прорыв. Так как новый элемент решает многие проблемы, связанные с сегодняшними схемами, поскольку повышает производительность по мере перехода на всё более мелкие составные части чипов. Мемристор позволит создать устройства в масштабе нанометров, которые должны работать быстрее без генерации всё большего количества избыточного тепла, которое ныне ограничивает уменьшение размеров транзисторов."

В основе  мемристора лежит гистерезис – циклическое изменение в напряжения и проходящего через элемент тока: фактически сопротивление элемента зависит от заряда, который проходил через него ранее. И то, что обычная теория электроники рассматривает как аномалию или помеху, здесь является основой функционирования устройства. Ток, проходящий через мемристор, способен менять его сопротивление в тысячу раз, фактически осуществляя переключение между двумя состояниями, благодаря чему новый элемент и может служить ячейкой памяти.

Одно из возможных применений мемристоров – это создание на их основе нового типа памяти, который прийдет на замену сегодняшней памяти с динамическим случайным доступом (DRAM). Компьютеры на базе DRAM неспособны сохранять данные после отключения питания. В таких системах при отключении питания данные сохраняются на жесткий диск, а при включении – считываются обратно в ОЗУ.

В отличии от DRAM, компьютеры на базе мемристоров будут способны сохранять данные при отключении питания, не требуют перезагрузки, что положительно сказывается на энергоэкономичности. Особенно применение такого рода памяти положительно скажется в серверных станциях и датацентрах, сегодня эти системы потребляют колоссальное количество энергии. Применение новой технологии не только уменьшит энергопотребление, но и обеспечит более безопасное хранение данных для миллионов пользователей сетевых ресурсов.

Другое потенциальное применение мемристоров – хранилища данных, в которых серии событий запоминаются и ассоциируются по принципу работы человеческого мозга. Такие устройства хранения данных смогут найти широкое применение в системах идентификации, основанных на биометрии.