賭上惠普未來(lái)的憶阻器，什么鬼？

據(jù)外媒報(bào)道，惠普將于今年11月1日拆分成惠普公司和惠普企業(yè)兩家企業(yè)，其中后者將重點(diǎn)研發(fā)更快、更高效的新型“存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)”計(jì)算架構(gòu)，這款稱作“The Machine”的系統(tǒng)設(shè)備以冰箱大小設(shè)計(jì)可以進(jìn)行整個(gè)數(shù)據(jù)中心的工作量。

惠普同時(shí)承諾，將在明年交付一套基于DRAM的原型機(jī)，單托架原型機(jī)將擁有2500個(gè)CPU核心、以及320TB的內(nèi)存。原本這套原型機(jī)打算采用憶阻器方案，但由于后者現(xiàn)階段產(chǎn)能還未超過(guò)15%，因此只能采取現(xiàn)階段主流的DRAM來(lái)進(jìn)行鋪墊，而這一方案的后果就是惠普必須為所有的DRAM保持通電狀態(tài)，以保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

這么看起來(lái)，憶阻器似乎又是個(gè)“黑科技”的存在，那么它到底是什么呢?想要了解這一點(diǎn)，還得從惠普的“The Machine”說(shuō)起。

“The Machine”是什么?

“The Machine”是惠普于去年提出的一項(xiàng)旨在推翻1940年建立的電腦開發(fā)設(shè)計(jì)理念的計(jì)劃，出自惠普實(shí)驗(yàn)室，將研發(fā)全新的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)，而且不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以CPU為中心，同時(shí)疊加多層內(nèi)存和存儲(chǔ)層，其中訪問(wèn)速度更快的內(nèi)存用于保存臨時(shí)性的數(shù)據(jù)，訪問(wèn)速度較慢的硬盤則用于保存永久性的電腦數(shù)據(jù)的方案，惠普將拋棄內(nèi)存和硬盤單獨(dú)設(shè)置的做法，統(tǒng)一采用一種存儲(chǔ)設(shè)備。

在此之前，計(jì)算機(jī)每次運(yùn)行軟件和程序，都要先把數(shù)據(jù)從硬盤傳輸?shù)剿俣雀斓膬?nèi)存中，這種數(shù)據(jù)的來(lái)回“搬運(yùn)”會(huì)影響到電腦的運(yùn)行，如果這種“搬運(yùn)”行為被取消的話，則就能夠大大提升電腦的處理速度，惠普將這種以內(nèi)存池為中心架構(gòu)稱作“通用內(nèi)存”。

同時(shí)，這套系統(tǒng)還可以附加其它任何部件，如CPU核心、GPU、網(wǎng)絡(luò)接口、以及專用處理單元等，因此，惠普必須在硬件方面達(dá)到一個(gè)全新的水平，這其中，憶阻器就是實(shí)現(xiàn)替代和融合內(nèi)存與硬盤，以及實(shí)現(xiàn)停電之后保存數(shù)據(jù)的關(guān)鍵元件。

憶阻器是什么?

憶阻器全稱“記憶電阻器”，最早由加州大學(xué)伯克利分校華裔科學(xué)家蔡少棠于1971年提出在其發(fā)表的題為《憶阻器：下落不明的電路元件》的論文中，蔡少棠預(yù)測(cè)自然界存在第四種電路元件，并稱之為憶阻器，在此之前，世界上三種基本的無(wú)源電路元件：電阻器、電容器和電感器。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，憶阻器是一種有記憶能力的非線性電阻，其通過(guò)控制電流變化可以改變電阻值，如果斷電的話，它的電阻仍然會(huì)停留在之前的值，直到接受到反向的電流它才會(huì)被推回去。因此，即便過(guò)程中電流中斷，其中的數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

但在其預(yù)測(cè)憶阻器之后，蔡少棠本人并沒有繼續(xù)展開研究，因?yàn)楫?dāng)時(shí)難以找到什么材料來(lái)證明憶阻器的效果是存在的，更主要的是，也并沒有多少人對(duì)此予以重視——此后，惠普在誤打誤撞的情況下，成為了憶阻器的“發(fā)現(xiàn)”者。

當(dāng)時(shí)，惠普正在研發(fā)一項(xiàng)希望利用納米技術(shù)，以電阻代替三極管作為基本單元來(lái)發(fā)明一種更高密度的存儲(chǔ)器的方案。而當(dāng)時(shí)惠普并不知道，自己所希望發(fā)明的存儲(chǔ)器，其實(shí)就是憶阻器。在對(duì)各種材料都進(jìn)行過(guò)測(cè)試后，惠普實(shí)驗(yàn)室信息與量子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任斯坦·威廉姆斯的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其中一項(xiàng)結(jié)果與蔡少棠論文中預(yù)測(cè)憶阻器很相似——而這項(xiàng)材料就是二氧化鈦，當(dāng)時(shí)他們發(fā)現(xiàn)，一塊極薄的二氧化鈦被夾在兩個(gè)電極中間，這些二氧化鈦又被分成兩個(gè)部份，一半是正常的二氧化鈦，另一半進(jìn)行了“摻雜”，少了幾個(gè)氧原子。因此“摻雜”的那一半帶正電，電流通過(guò)時(shí)電阻比較小，而且當(dāng)電流從“摻雜”的一邊通向正常的一邊時(shí)，在電場(chǎng)的影響之下缺氧的“摻雜物”會(huì)逐漸往正常的一側(cè)游移，使得以整塊材料來(lái)言，“摻雜”的部份會(huì)占比較高的比重，整體的電阻也就會(huì)降低。反之，當(dāng)電流從正常的一側(cè)流向“摻雜”的一側(cè)時(shí)，電場(chǎng)會(huì)把缺氧的“摻雜物”從回推，電阻就會(huì)跟著增加。因此，整個(gè)器件就相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)變阻器一樣。

雖然二氧化鈦實(shí)現(xiàn)憶阻器效果的特性并非是惠普首度發(fā)現(xiàn)的，但卻由于惠普從事的研究的關(guān)系，才第一次被發(fā)現(xiàn)這就是憶阻器。

2008年，由斯坦· 威廉姆斯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《自然》雜志以《尋獲下落不明的憶阻器》為標(biāo)題發(fā)表論文，首度證實(shí)了憶阻器確實(shí)存在，而且成功實(shí)現(xiàn)了世界首個(gè)能工作的憶阻器原型。此后的2010年，惠普宣布與SK海力士合作，共同研發(fā)憶阻器記憶裝置，同年，斯坦·威廉姆斯稱，發(fā)現(xiàn)憶阻器可進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，這一發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了整個(gè)行業(yè)，因?yàn)檫@意味著憶阻器理論上可以完全替代現(xiàn)在所有的數(shù)字邏輯電路。

電子工業(yè)的元件革命

憶阻器能夠適用的產(chǎn)業(yè)非常廣泛，但其最基礎(chǔ)的應(yīng)用就是非易失性阻抗存儲(chǔ)器(即RRAM)，相比較目前主流的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)和閃存(Flash Memory)相比，憶阻器的能耗更低，且斷電后仍能保存數(shù)據(jù)。具體來(lái)看，就是無(wú)論用戶關(guān)機(jī)還是全局?jǐn)嚯姡灰脩粝乱淮未蜷_計(jì)算機(jī)還能回到之前的狀態(tài)

而也有科學(xué)家在嘗試?yán)脩涀杵鳂?gòu)造仿生類大腦功能的硬件，以實(shí)現(xiàn)硬件的“學(xué)習(xí)”和“關(guān)聯(lián)記憶”的功能，也有科學(xué)家在討論電路自已實(shí)時(shí)調(diào)整自已的狀態(tài)來(lái)符合運(yùn)算需求的可能性。這點(diǎn)，再搭配上憶阻器的記憶能力，代表著運(yùn)算電路和記憶電路將可同時(shí)共存，而且隨需要調(diào)整。這已經(jīng)完全超出了這一代電腦的設(shè)計(jì)邏輯，很多人寄希望于其應(yīng)用于更智能的機(jī)器人的研發(fā)。

越來(lái)越多人認(rèn)為，最遲到2020年，見證半導(dǎo)體工業(yè)長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)進(jìn)化的“摩爾定律”將迎來(lái)物理極限大考，目前石墨烯被認(rèn)為是替代硅最有前途的材料，而如果說(shuō)石墨烯是一場(chǎng)電子工業(yè)的材料革命，那么憶阻器則是一場(chǎng)電子工業(yè)的元件革命。

而據(jù)了解，目前除了惠普，IBM、英特爾等科技巨頭以及英、德、韓等國(guó)家也開始涉足了憶阻器的研發(fā)。而在我國(guó)，憶阻器的主要研究單位是華中科技大學(xué)。2009年，科技部啟動(dòng)國(guó)際合作項(xiàng)目“憶阻器材料及其原型器件”，華中科技大學(xué)微電子學(xué)系教授、長(zhǎng)江學(xué)者繆向水擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。而據(jù)了解，目前華中科技大學(xué)已經(jīng)能夠制備出納米級(jí)性能穩(wěn)定的憶阻器原型器件。但總體上來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)對(duì)于憶阻器的研發(fā)還尚處下風(fēng)，如果不給于足夠重視的話，那么未來(lái)可能硅谷一家惠普就足以打敗我們。[!--empirenews.page--]