The Mysterious Memristor

Par
jamilbal
De publication: Novembre 6, 2009 Publié dans: Universitaires, Computing, en vedette, Electronics, Music Tags:

The Mysterious Memristor
par Sally Adee
Première publication Mai 2008
Les chercheurs de HP ont résolu le mystère de la résistance de 37 ans de la mémoire, considéré comme l'élément 4 circuits électriques absent.
Tout d'abord Mai, 2008 - Quelqu'un qui est familier avec l'électricité et l'électronique sais qu'il ya une triade d'éléments essentiels dans l'électricité: la résistance, condensateur, et d'inductance. En 1971, l'Université de Californie à Berkeley, un ingénieur prédit qu'il devrait y avoir un élément électrique quatrième: une forme de résistance à la mémoire, ou Memristor. Mais jusque-là personne ne savait comment construire cet élément. Maintenant, 37 ans plus tard, la machine a finalement été assez petit pour révéler les secrets de cet élément électrique quatrième. Le Memristor construits par des chercheurs de Hewlett-Packard (HP) a révélé aujourd'hui dans la revue Nature, avait été caché à la vue de tous depuis longtemps cachés dans les caractéristiques électriques de certains dispositifs nanométriques. Ils estiment que le nouvel élément peut ouvrir une nouvelle voie pour des applications dans la mémoire vive non volatile, et rêvait aussi réalistes de réseaux de neurones, au lieu des réseaux neuronaux artificiels (l'une des techniques appliquées actuellement en Intelligence Artificielle).
L'histoire de Memristor commence près de quatre décennies avec un aperçu des pionniers de la théorie des circuits non linéaires Leon Chua. Examinant le rapport entre la charge électrique et de flux magnétique dans des résistances électriques, condensateurs et inductances dans un article écrit en 1971, Chua a postulé l'existence d'un quatrième élément qu'il appela la mémoire résistance électrique. Un tel dispositif devrait établir un lien entre le flux magnétique et la charge électrique, semblable à une résistance électrique qui ferait quand il est soumis à la tension et du courant. En pratique, cela voudrait dire qu'il a servi comme une résistance électrique dont la valeur de résistance électrique peut varier en fonction du courant électrique passant à travers lui, et qu'il se souviendrait de la valeur du courant électrique, même après que le courant électrique a disparu.
Mais le dispositif hypothétique a été évaluée, car le manque de compatibilité des temps constructif avec les mathématiques qui explique l'effet Memristivo, mais ce n'était pas visible sur le périphérique 1971. Trente ans plus tard, un collègue chez HP, Stanley Williams, et son groupe de recherche travaillant sur l'électronique moléculaire quand ils ont commencé à remarquer un comportement étrange dans leurs appareils. «Ils étaient vraiment des choses que nous ne pouvions pas comprendre», déclare M. Williams. Ainsi, votre employé de HP, Greg Snider, a redécouvert l'article Chua de 1971. Il a dit: "Hé les gars, je ne sais pas ce que nous avons, mais c'est ce que nous voulons.», Se souvient Williams. Williams a passé plusieurs années à lire et relire les pages de l'article Chua. "Il (l'article) a passé plusieurs années frapper sur la tête." Puis, Williams a réussi à construire leurs dispositifs moléculaires et en obtenant une très Memristors. "Il m'a frappé entre les yeux."
La raison pour laquelle le memristor est radicalement différent des autres éléments électriques est fondamental que, contrairement à eux, elle porte un souvenir de son passé. Lorsque vous allumez le circuit électrique, le memristor se souvient encore de combien était la valeur qui lui est appliquée avant la fermeture. C'est un effet qui ne peut être reproduite par n'importe quelle combinaison de circuits de résistances, de condensateurs ou de bobines, qui est ce qui différencie les Memristor et se qualifie comme un élément de circuit fondamentaux.
L'analogie classique pour une résistance électrique est un tuyau par lequel l'eau (électricité) passes. La largeur du tube est analogue à une résistance électrique qui permet la circulation de courant électrique passant à travers le tube - le plus étroit du tube, plus la résistance électrique. Les résistances ont un invariant normal pipe de la dimension sous l'effet du courant et de tension. Un Memristor, en revanche, change avec la quantité d'eau qui coule à travers la pipe, ou le câble. Si vous poussez l'eau à travers le tuyau dans une direction donnée, le tube devient plus grande (moins résistive). Si vous pousser l'eau dans l'autre sens, le tube devient plus petit (plus résistant), est caractéristique d'un memristor. Lorsque le débit de l'eau cesse de bouger, le diamètre du tuyau ne change pas plus. Ce mécanisme mai être techniquement répliqué en utilisant des transistors et des condensateurs, mais, dit Williams, «il utilise plusieurs transistors et des condensateurs à rendre l'utilisation d'un Memristor unique."
La mémoire de l'Memristor a des conséquences: les ordinateurs normaux numérique doit être redémarré à chaque fois qu'ils sont connectés, car leurs circuits logiques sont incapables de garder leurs bits après mise sous tension est interrompue. Mais parce qu'un memristor ne peut se souvenir des anciennes tensions appliquées sur elle, un ordinateur monté avec des composants similaires à Memristor n'ont jamais besoin d'être redémarré. "Vous pouvez laisser tous vos fichiers, documents et feuilles de calcul ouvertes, éteignez votre ordinateur et aller boire une tasse de café ou de partir en vacances pendant deux semaines", ajoute M. Williams. «Quand vous tournez, vous allumez votre ordinateur et tout ira immédiatement à l'écran exactement comme vous l'avez laissé."
Chua déduit l'existence de la Memristor de relations mathématiques entre les quatre quantités de base des circuits électriques. Les quatre quantités circuit de base (charge, courant, tension et de flux magnétique) peuvent être reliés les uns aux autres de six manières différentes. Deux quantités sont couverts par les lois fondamentales de la physique, et trois sont couvertes par les éléments de base des circuits électriques connus (résistance, condensateur et inductance), affirme le professeur de génie électrique David Vallancourt à Columbia University. Sur cette base, Chua a proposé la memristor purement comme une classe d'éléments de circuit basé sur une relation entre les charges électriques et le flux magnétique.
Chua interprète le travail du personnel de HP en tant que paradigme décalée dans le temps. Il compare l'ajout de Memristor, l'armée des éléments du circuit, comme vous le feriez la somme d'un nouvel élément dans le tableau périodique, maintenant tous les manuels de génie électrique (EE) doivent être modifiés, dit-il.
Alors, pourquoi quelqu'un n'avait pas remarqué avant la Memristência? Chua a en effet produit un Memristor en 1970 avec une combinaison impraticable de résistances, des condensateurs, des inductances, des amplificateurs et seulement comme une preuve de concept. Mais Memristor comme une propriété d'un équipement électrique a été, jusqu'à récemment, trop subtile pour en faire usage. Le Memristência est masquée par d'autres effets électriques d'une plus grande pertinence, jusqu'à ce que vous voyez cet effet dans les matériaux et autres dispositifs qui sont fabriqués dans des tailles nanométriques.
L'absence d'une demande d'Memristência est particulièrement compliquée, il n'y avait pas lieu d'appliquer Memristência. Pas d'ingénieur dit: «Si seulement nous avions un Memristor, nous pouvons faire une chose pareille!", Déclare le Vallancourt. En fait, Vallancourt, qui a enseigné des techniques de circuits électriques pendant des années, n'avait jamais entendu parler de Memristência avant cette semaine.
Le plus petit l'échelle à laquelle les ingénieurs et les scientifiques construisent leurs appareils plus sensible l'effet de Memristor, affirme Chua, qui est maintenant maître de conférences à Berkeley.
Il y avait plusieurs indices de l'existence de la Memristor le début. «Nous savions que les caractéristiques de tension drôle dans la littérature au cours des 50 dernières années», déclare M. Williams. «Je suis allé à ces vieux articles et vu les images et dit:« Oui, ils ont Memristência, et nous ne savons pas comment l'interpréter. "
«Sans les équations du circuit de Chua, vous ne pouvez pas faire usage de ce dispositif», explique Williams. Nous avons utilisé toutes les équations du circuit incorrect. Comparer avec un moteur d'une machine à laver, serait le même que le remplacement du moteur électrique de la machine par un moteur à combustion, en se demandant pourquoi il ne s'exécutera pas. "Memristor Williams a constaté un idéal dans le dioxyde de titane - matériel et peinture blanche un écran solaire. Que le silicium, dioxyde de titane (TiO2) est un semi-conducteur dans sa forme pure, est très résistante. Cependant, il peut être dopé avec d'autres éléments pour qu'il soit très conductrice. Le TiO2 dopé n'est pas stationnaire dans un champ électrique élevé, il a tendance à dériver dans le sens du courant électrique. Cette mobilité est un poison à un transistor, mais les résultats exactement l'effet souhaité dans un Memristor. Le placement d'un niveau de tension à travers un film mince de semi-conducteur dopé TiO2 sur un seul côté, car la diminution de la résistance électrique. Le déplacement du courant électrique dans un autre sens, puis repousser le dopant, ce qui augmente la résistance électrique de TiO2.
Les HP Labs a fait des recherches sur la façon de fabriquer le Memristors de TiO2 et autres matériaux en plus de tenter de comprendre la physique derrière eux. Ils ont également la perspective d'intégrer Memristors sur une seule puce de silicium. Le groupe de HP est un type de memristor hybrides silicium CMOS dans les tests.
Les implications pour les aspects de circuits électriques mai être le sentiment de l'instant. Les demandes doivent être identifiés parce que les caractéristiques uniques de Memristor offrent des possibilités non encore couverts par des éléments d'aujourd'hui.
Williams est en négociations avec plusieurs laboratoires d'ingénierie et les neurosciences qui ont longtemps été la poursuite des dispositifs qui imitent les systèmes biologiques de neurones. Chua dit que les synapses, connexions entre neurones, avoir un peu de comportement Memristivo. Par conséquent, une Memristor être le dispositif électronique idéal pour émuler une synapse biologique.
La refonte de certains types de circuits pour inclure Memristors, Williams s'attend à la même fonction avec moins de composants, rendant le circuit lui-même est moins cher et réduit de façon significative, notamment en tant que sa consommation d'énergie. En fait, il espère Memristors combiner avec des éléments du circuit traditionnel de réaliser un dispositif qui rend le calcul de la non-booléenne. "Nous ne savons pas si nous construisons un cerveau électronique, mais nous voulons quelque chose qui fonctionnera comme un cerveau humain", explique Williams. Ils pensent qu'ils peuvent ne pas tenir compte "l'idée de base de la synapse" à faire un ordinateur principalement analogiques et efficace. "Certaines choses que d'un calculateur numérique prendrait un temps presque infini, un ordinateur analogique à partir Memristor suffirait d'une brise légère», dit-il.
Le groupe HP étudie également le développement d'une non-mémoire volatile basée sur Memristor. "A la mémoire Memristors base peut être 1000 fois plus rapide que les disques magnétiques et utiliser beaucoup moins d'énergie", ajoute M. Williams, l'air d'un gamin dans un magasin de bonbons.
Chua estime que la non-mémoire volatile est l'application immédiate de Memristor. «Je suis très heureux pour cette rupture à travers les lignes ennemies», dit-il. "En réalité l'échelle nanométrique permet à cet effet devient dominante, et vous trouverez partout le veuille ou pas, je suis heureux de
de montrer aux gens la bonne direction. "
Adapté du texte de l'IEEE Spectrum en ligne sur l'Memristors mystérieuse
Prof Dr. Luis Filipe Barbosa Wiltgen - LRA / FEAU / UNIVAP - 06 Mai 2008.

par Sally Adee

Première publication Mai 2008

Les chercheurs de HP ont résolu le mystère de la résistance de 37 ans de la mémoire, considéré comme l'élément 4 circuits électriques absent.

PHOTO: R. Stanley Williams

Photo: R. Stanley Williams

Tout d'abord Mai, 2008 - Quelqu'un qui est familier avec l'électricité et l'électronique sais qu'il ya une triade d'éléments essentiels dans l'électricité: la résistance, condensateur, et d'inductance. En 1971, l'Université de Californie à Berkeley, un ingénieur prédit qu'il devrait y avoir un élément électrique quatrième: une forme de résistance à la mémoire, ou Memristor. Mais jusque-là personne ne savait comment construire cet élément. Maintenant, 37 ans plus tard, la machine a finalement été assez petit pour révéler les secrets de cet élément électrique quatrième. Le Memristor construits par des chercheurs de Hewlett-Packard (HP) a révélé aujourd'hui dans la revue Nature, avait été caché à la vue de tous depuis longtemps cachés dans les caractéristiques électriques de certains dispositifs nanométriques. Ils estiment que le nouvel élément peut ouvrir une nouvelle voie pour des applications dans la mémoire vive non volatile, et rêvait aussi réalistes de réseaux de neurones, au lieu des réseaux neuronaux artificiels (l'une des techniques appliquées actuellement en Intelligence Artificielle).

L'histoire de Memristor commence près de quatre décennies avec un aperçu des pionniers de la théorie des circuits non linéaires Leon Chua. Examinant le rapport entre la charge électrique et de flux magnétique dans des résistances électriques, condensateurs et inductances dans un article écrit en 1971, Chua a postulé l'existence d'un quatrième élément qu'il appela la mémoire résistance électrique. Un tel dispositif devrait établir un lien entre le flux magnétique et la charge électrique, semblable à une résistance électrique qui ferait quand il est soumis à la tension et du courant. En pratique, cela voudrait dire qu'il a servi comme une résistance électrique dont la valeur de résistance électrique peut varier en fonction du courant électrique passant à travers lui, et qu'il se souviendrait de la valeur du courant électrique, même après que le courant électrique a disparu.

Mais le dispositif hypothétique a été évaluée, car le manque de compatibilité des temps constructif avec les mathématiques qui explique l'effet Memristivo, mais ce n'était pas visible sur le périphérique 1971. Trente ans plus tard, un collègue chez HP, Stanley Williams, et son groupe de recherche travaillant sur l'électronique moléculaire quand ils ont commencé à remarquer un comportement étrange dans leurs appareils. «Ils étaient vraiment des choses que nous ne pouvions pas comprendre», déclare M. Williams. Ainsi, votre employé de HP, Greg Snider, a redécouvert l'article Chua de 1971. Il a dit: "Hé les gars, je ne sais pas ce que nous avons, mais c'est ce que nous voulons.», Se souvient Williams. Williams a passé plusieurs années à lire et relire les pages de l'article Chua. "Il (l'article) a passé plusieurs années frapper sur la tête." Puis, Williams a réussi à construire leurs dispositifs moléculaires et en obtenant une très Memristors. "Il m'a frappé entre les yeux."

La raison pour laquelle le memristor est radicalement différent des autres éléments électriques est fondamental que, contrairement à eux, elle porte un souvenir de son passé. Lorsque vous allumez le circuit électrique, le memristor se souvient encore de combien était la valeur qui lui est appliquée avant la fermeture. C'est un effet qui ne peut être reproduite par n'importe quelle combinaison de circuits de résistances, de condensateurs ou de bobines, qui est ce qui différencie les Memristor et se qualifie comme un élément de circuit fondamentaux.

L'analogie classique pour une résistance électrique est un tuyau par lequel l'eau (électricité) passes. La largeur du tube est analogue à une résistance électrique qui permet la circulation de courant électrique passant à travers le tube - le plus étroit du tube, plus la résistance électrique. Les résistances ont un invariant normal pipe de la dimension sous l'effet du courant et de tension. Un Memristor, en revanche, change avec la quantité d'eau qui coule à travers la pipe, ou le câble. Si vous poussez l'eau à travers le tuyau dans une direction donnée, le tube devient plus grande (moins résistive). Si vous pousser l'eau dans l'autre sens, le tube devient plus petit (plus résistant), est caractéristique d'un memristor. Lorsque le débit de l'eau cesse de bouger, le diamètre du tuyau ne change pas plus. Ce mécanisme mai être techniquement répliqué en utilisant des transistors et des condensateurs, mais, dit Williams, «il utilise plusieurs transistors et des condensateurs à rendre l'utilisation d'un Memristor unique."

La mémoire de l'Memristor a des conséquences: les ordinateurs normaux numérique doit être redémarré à chaque fois qu'ils sont connectés, car leurs circuits logiques sont incapables de garder leurs bits après mise sous tension est interrompue. Mais parce qu'un memristor ne peut se souvenir des anciennes tensions appliquées sur elle, un ordinateur monté avec des composants similaires à Memristor n'ont jamais besoin d'être redémarré. "Vous pouvez laisser tous vos fichiers, documents et feuilles de calcul ouvertes, éteignez votre ordinateur et aller boire une tasse de café ou de partir en vacances pendant deux semaines", ajoute M. Williams. «Quand vous tournez, vous allumez votre ordinateur et tout ira immédiatement à l'écran exactement comme vous l'avez laissé."

Chua déduit l'existence de la Memristor de relations mathématiques entre les quatre quantités de base des circuits électriques. Les quatre quantités circuit de base (charge, courant, tension et de flux magnétique) peuvent être reliés les uns aux autres de six manières différentes. Deux quantités sont couverts par les lois fondamentales de la physique, et trois sont couvertes par les éléments de base des circuits électriques connus (résistance, condensateur et inductance), affirme le professeur de génie électrique David Vallancourt à Columbia University. Sur cette base, Chua a proposé la memristor purement comme une classe d'éléments de circuit basé sur une relation entre les charges électriques et le flux magnétique.

Image: J. J. Yang/HP Labs

Image: JJ Yang / HP Labs

Chua interprète le travail du personnel de HP en tant que paradigme décalée dans le temps. Il compare l'ajout de Memristor, l'armée des éléments du circuit, comme vous le feriez la somme d'un nouvel élément dans le tableau périodique, maintenant tous les manuels de génie électrique (EE) doivent être modifiés, dit-il.

Alors, pourquoi quelqu'un n'avait pas remarqué avant la Memristência? Chua a en effet produit un Memristor en 1970 avec une combinaison impraticable de résistances, des condensateurs, des inductances, des amplificateurs et seulement comme une preuve de concept. Mais Memristor comme une propriété d'un équipement électrique a été, jusqu'à récemment, trop subtile pour en faire usage. Le Memristência est masquée par d'autres effets électriques d'une plus grande pertinence, jusqu'à ce que vous voyez cet effet dans les matériaux et autres dispositifs qui sont fabriqués dans des tailles nanométriques.

L'absence d'une demande d'Memristência est particulièrement compliquée, il n'y avait pas lieu d'appliquer Memristência. Pas d'ingénieur dit: «Si seulement nous avions un Memristor, nous pouvons faire une chose pareille!", Déclare le Vallancourt. En fait, Vallancourt, qui a enseigné des techniques de circuits électriques pendant des années, n'avait jamais entendu parler de Memristência avant cette semaine.

Le plus petit l'échelle à laquelle les ingénieurs et les scientifiques construisent leurs appareils plus sensible l'effet de Memristor, affirme Chua, qui est maintenant maître de conférences à Berkeley.

Il y avait plusieurs indices de l'existence de la Memristor le début. «Nous savions que les caractéristiques de tension drôle dans la littérature au cours des 50 dernières années», déclare M. Williams. «Je suis allé à ces vieux articles et vu les images et dit:« Oui, ils ont Memristência, et nous ne savons pas comment l'interpréter. "

«Sans les équations du circuit de Chua, vous ne pouvez pas faire usage de ce dispositif», explique Williams. Nous avons utilisé toutes les équations du circuit incorrect. Comparer avec un moteur d'une machine à laver, serait le même que le remplacement du moteur électrique de la machine par un moteur à combustion, en se demandant pourquoi il ne s'exécutera pas. "Memristor Williams a constaté un idéal dans le dioxyde de titane - matériel et peinture blanche un écran solaire. Que le silicium, dioxyde de titane (TiO2) est un semi-conducteur dans sa forme pure, est très résistante. Cependant, il peut être dopé avec d'autres éléments pour qu'il soit très conductrice. Le TiO2 dopé n'est pas stationnaire dans un champ électrique élevé, il a tendance à dériver dans le sens du courant électrique. Cette mobilité est un poison à un transistor, mais les résultats exactement l'effet souhaité dans un Memristor. Le placement d'un niveau de tension à travers un film mince de semi-conducteur dopé TiO2 sur un seul côté, car la diminution de la résistance électrique. Le déplacement du courant électrique dans un autre sens, puis repousser le dopant, ce qui augmente la résistance électrique de TiO2.

Les HP Labs a fait des recherches sur la façon de fabriquer le Memristors de TiO2 et autres matériaux en plus de tenter de comprendre la physique derrière eux. Ils ont également la perspective d'intégrer Memristors sur une seule puce de silicium. Le groupe de HP est un type de memristor hybrides silicium CMOS dans les tests.

Les implications pour les aspects de circuits électriques mai être le sentiment de l'instant. Les demandes doivent être identifiés parce que les caractéristiques uniques de Memristor offrent des possibilités non encore couverts par des éléments d'aujourd'hui.

Williams est en négociations avec plusieurs laboratoires d'ingénierie et les neurosciences qui ont longtemps été la poursuite des dispositifs qui imitent les systèmes biologiques de neurones. Chua dit que les synapses, connexions entre neurones, avoir un peu de comportement Memristivo. Par conséquent, une Memristor être le dispositif électronique idéal pour émuler une synapse biologique.

La refonte de certains types de circuits pour inclure Memristors, Williams s'attend à la même fonction avec moins de composants, rendant le circuit lui-même est moins cher et réduit de façon significative, notamment en tant que sa consommation d'énergie. En fait, il espère Memristors combiner avec des éléments du circuit traditionnel de réaliser un dispositif qui rend le calcul de la non-booléenne. "Nous ne savons pas si nous construisons un cerveau électronique, mais nous voulons quelque chose qui fonctionnera comme un cerveau humain", explique Williams. Ils pensent qu'ils peuvent ne pas tenir compte "l'idée de base de la synapse" à faire un ordinateur principalement analogiques et efficace. "Certaines choses que d'un calculateur numérique prendrait un temps presque infini, un ordinateur analogique à partir Memristor suffirait d'une brise légère», dit-il.

Le groupe HP étudie également le développement d'une non-mémoire volatile basée sur Memristor. "A la mémoire Memristors base peut être 1000 fois plus rapide que les disques magnétiques et utiliser beaucoup moins d'énergie", ajoute M. Williams, l'air d'un gamin dans un magasin de bonbons.

Chua estime que la non-mémoire volatile est l'application immédiate de Memristor. «Je suis très heureux pour cette rupture à travers les lignes ennemies», dit-il. "En réalité l'échelle nanométrique permet à cet effet devient dominante, et vous trouverez partout le veuille ou pas, je suis heureux de montrer aux gens la bonne direction."

Adapté du texte de l'IEEE Spectrum en ligne sur l'Memristors Mysterious par Prof Dr. Luis Filipe Barbosa Wiltgen - LRA / FEAU / UNIVAP - 06 Mai 2008.

Aucun poste connexes

Qui écrit

Génie électrique de l'Université fédérale de Viçosa, formé en 2008.