憶阻器可進行布爾邏輯運算

2020-12-25 科學網

 

美國惠普公司科學家4月8日在《自然》（Nature）雜誌上撰文表示，他們在憶阻器（memristor）設計上取得重大突破，發現憶阻器可進行布爾邏輯運算，用於數據處理和存儲應用。科學家認為，公眾將在3年內看到憶阻器電路，其或許可取代目前似乎已經處於「窮途末路」的矽電晶體，最終改變整個電腦行業。

 

目前，最先進的電晶體的大小為30納米到40納米，比一個生物病毒還小（一個生物病毒約為100納米），惠普納米技術研究實驗室的資深專家斯坦·威廉士表示，惠普現正著手研究3納米級的憶阻器，開、關的時間只需要十億分之一秒。

 

他表示，3年內，該公司生產的基於憶阻器的快閃記憶體，1平方釐米將可以存儲20G字節，這項技術有望成為低功耗計算機以及存儲系統發展的裡程碑。

 

憶阻器是一種有記憶功能的非線性電阻器，1971年由美國加州大學伯克利分校的電子工程師蔡少棠教授首次提出，但當時還沒有納米技術，他的發現因此被擱淺。

 

直到2008年5月，惠普科學家在《自然》（Nature）雜誌撰文指出，他們終於成功研製出世界首個憶阻器。通過向其施加方向、大小不同的電壓，可以改變其阻值。如果利用其不同阻值代表數位訊號，在半導體電路中實現數據存儲也大有前途。

 

憶阻器不同於電容器、電感器和電阻器這3種基本電路元件的地方是，憶阻器在關掉電源後，仍能記憶通過的電荷。這意味著，如果突然停機，然後重新啟動，用戶關機之前打開的所有應用程式和文件仍在屏幕上。目前，這種用途還不能被任何電阻器、電容器和電感器的電路組合所複製，因此，有業內專家認為，憶阻器是電子工程領域第4種基本電路元件。

 

研究人員去年在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上撰文指出，他們設計出了一種新方法，可以從三維憶阻器陣列中存儲和恢復數據。新方案可讓設計人員以類似搭建摩天大樓的方式堆疊成千上萬個憶阻器，創造出逼近極限的超緻密計算設備。

 

威廉士稱，2008年到現在，其團隊一直在提升憶阻器的開關速度，研究人員在實驗室中測試證明，它們能夠可靠地進行成千上萬次讀寫。

 

此外，憶阻器也不同於IBM、英特爾等公司研發的新型存儲晶片相變存儲器（PCM），PCM利用材料的可逆轉的相變來存儲信息。同一物質可在諸如固體、液體、氣體、冷凝物和等離子體等狀態下存在，這些狀態都稱為相。相變存儲器便是利用特殊材料在不同相間的電阻差異進行工作的。惠普公司表示，PCM的開關速度比較慢，可能需要更多的能量。 （來源：科技日報 劉霞）

 

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《自然》發表論文摘要（英文）

 

 

 

 

 

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