HP Labs的研究者已經(jīng)制造了一種重要的新電子組件的第一個可以工作的原形，這種電子組件可能使即開型PC（instant-on PCs）以及以像人類大腦處理信息的方式的模擬式計算機（analog computers）成為可能。
HP Labs的研究者已經(jīng)制造了一種重要的新電子組件的第一個可以工作的原形，這種電子組件可能使即開型PC（instant-on PCs）以及以像人類大腦處理信息的方式的模擬式計算機（analog computers）成為可能。
這種新組件被叫做憶阻器，或記憶電阻器（memory resistor）。直到今天以前，這種電路元件都只是被Leon Chua寫的一組數(shù)學方程式描述的，在1971年，Leon Chua是一個研究非線性電路的工程學生。Chua知道這種電路元件應該存在——他甚至精確地描述了它的特性和它如何工作。不幸的是，他以及其他的工程團體都未能搞出符合他的數(shù)學表達的物理實現(xiàn)。
37年后，HP Labs的一組科學家最終造出了真正的可以工作的憶阻器，因此把第四種基本電路元件加入了電子電路理論，另外三個廣為所知的是：電容器，電阻器和電感器。
根據(jù)R. Stanley Williams，HP Labs信息與量子系統(tǒng)實驗室搞出這個發(fā)現(xiàn)的四位研究者之一，的說法，憶阻器器件的最有趣特征是它可以記憶流經(jīng)它的電荷數(shù)量。
研究者相信這個發(fā)現(xiàn)將為即開型PC、更高能效的計算機和以人類大腦類似方式處理和聯(lián)系信息的模擬式計算機鋪平道路。
的確，Chua起初的想法是憶阻器的電阻取決于多少電荷經(jīng)過了這個器件。也就是說，你能讓電荷以一個方向流過，電阻會增加。如果你讓電荷以反向流動，電阻就會減小。簡單地說，這種器件在任一時刻的電阻是時間的函數(shù)（譯者注：原文為“the resistance of the devices at any point in time is a function of history of the device”）——或多少電荷向前或向后經(jīng)過了它。那個簡單的想法，現(xiàn)在已經(jīng)被證實，并將對計算及計算機科學產(chǎn)生深遠的影響。
“這將導致什么出現(xiàn)是任何人都還無法想像的，”Williams說，“但我們可以想像的是這個東西本身確實很酷。”
舉個例子，Williams說這些憶阻器可以用于數(shù)字式開關（digital switches）或制造新型的模擬器件（a new breed of analog devices）。
相較于過去，Williams說科學家現(xiàn)在可以考慮構(gòu)造新型的非易失性隨機存取存儲器（RAM）——或當計算機關閉后不會忘記它們曾經(jīng)所處的能量狀態(tài)的存儲芯片。
那是今天的DRAM所面臨的大問題，他說。“當你關閉你的PC電源，DRAM就忘記了那里曾有過什么。所以下次打開計算機電源你就必須坐在那兒等到所有需要運行計算機的東西都從硬盤裝入到DRAM。”
有了非易失性RAM，那個過程將是瞬間的并且你的PC會回到你關閉時的相同狀態(tài)。
科學家也預想制造其他類型的電路，憶阻器在其中可以用作模擬器件（analog device）。
的確，Leon自己注意到了在他自己預言的憶阻器的特性與他知道的大腦的突觸之間的相似性。他的一個建議是你可能用憶阻器做某種類型的神經(jīng)計算。HP Labs認為那確實是個非常好的想法。
“制造一個模擬式計算機，在其中不用1和0的，而代之的是用就像明暗不同的灰色之中的幾乎所有狀態(tài)（instead use essentially all shades of gray in between），這是我們正在做的事情中的一件，”Williams說。這些計算機可以做許多種數(shù)字式計算機不很擅長的事情——比如做決策，判定一個事物比另一個大，或甚至學習。
當前就有許多研究者試圖編寫在標準機器上運行的計算機代碼來模擬大腦功能，他們必須使用大量的有巨大處理能力的機器來模擬僅僅是大腦的很小的部分。
Williams和他的團隊說他們現(xiàn)在能用一種不同的方式：“不同于寫計算機程序來模擬大腦或模擬大腦的某種功能，我們事實上依靠構(gòu)造某種基于憶阻器的仿真類大腦功能的硬件，”Williams說。
這樣的硬件可以用來改進一些事情，比如臉部識別技術(shù)，并且使本質(zhì)上從經(jīng)驗來學習的裝置可用，他說。基本上，這也應該是比在數(shù)字式計算機上運行程序要快幾千到幾百萬倍。
HP Labs團隊發(fā)現(xiàn)的結(jié)果將被公布在一篇今天的《自然》雜志論文中。直到我們可以看到憶阻器真正被用于實際的商業(yè)器件中，Williams說相較于技術(shù)上的限制，限制更多來自于商業(yè)上。
最終，這個問題將與投入到設計憶阻器電路的時間和努力有關，他說。“投資到電路設計上的錢的確比建造工廠多得多。事實上，你現(xiàn)在就可以用任何工廠來做這些東西，但是也必須設計電路而且目前還沒有憶阻器的模型。關鍵是搞出必要的工具并且為憶阻器找到合適的應用。這要多久更多的是個商業(yè)決策問題較于技術(shù)問題。”
圖片：原子力顯微鏡下的一個有17個憶阻器排列成一排的簡單電路的圖像。每個憶阻器有一個底部的導線與器件的一邊接觸，一個頂部的導線與另一邊接觸。這些器件起“記憶寄存器（memory registors）”的作用，每個器件的電阻取決于通過每個器件上的電荷數(shù)量。這幅圖中的這些導線是50nm寬，或總共大約150個原子寬。圖片由J. J. Yang, HP Labs許可。
