科技发明新传奇-忆阻器

已经过去的2008年,在世界科技创新史上留下了新的篇章。在美国《时代》杂志“2008年50项最佳发明”、美国《连线》杂志“2008年10大科技突破”和中国《科技日报》“2008国际十大科技新闻”评选中,来自惠普实验室(HP Labs)的最新研究成果“智能存储系统-忆阻器”均名列前茅,并被国内外科学家评价为“这项重大发现将对电子科学的发展历程产生重大影响”。

  忆阻器的发现充满科技传奇色彩。现在的中学物理教科书上,已经列出了三种基本的被动电路元件:电阻器、电容器和电感器。1971年,加州大学伯克利分校华裔科学家蔡少堂发表了题为《忆阻器:下落不明的电路元件》的论文,预测自然界存在第四种电路元件,并称之为忆阻器(memristor)。简单地说,忆阻器是一种有天然记忆能力的非线性电阻,通过控制电流变化可改变电阻值,即使电力中断记忆也不会消失。如果把高阻值定义为“1”,低阻值定义为“0”,这种电阻就可以实现存储数据的功能。

  

  37年过去了,2008年5月1日,由世界著名科学家、惠普实验室高级研究院斯坦?威廉姆斯领导的研究小组,在《自然》杂志以《寻获下落不明的忆阻器》为标题发表论文,不仅首次证实忆阻器确实存在,而且成功设计出世界首个能工作的忆阻器原型。(如图所示)

  忆阻器的发现足以媲美100年前发明的三极管,它的任何一项产业化应用都可能带来新一轮产业革命。忆阻器的最简单的应用是非易失性阻抗存储器(RRAM),也就是在断电后仍然能够保存数据的存储器。今天的电脑广泛使用动态随机存储器(DRAM)作为内存,这种技术最大问题是,当用户关闭PC电源时,内存就忘记了那里曾经有过什么,下次打开计算机电源,用户必须坐等所有需要运行的数据全部从硬盘重新装入内存,这个过程有时长达几十分钟。有了RRAM,PC会在开机的一瞬间回到关闭前的状态。一旦RRAM得到应用,手机可以使用数周或更久而不需充电,笔记本电脑可以再电池耗尽之后很久仍记忆上次使用的信息。数码相机、MP3和掌上电子设备也会带来全新功能。

  忆阻器的最有趣特征之一,是它可以记忆流经它的电荷数量。而且这种记忆不是1和0这么简单,它可以包括从1到0之间所有的“灰色”状态,这类似于人类大脑搜集、理解一系列事情的模式。尽管忆阻器诞生不过几个月的时间,但已引起多方关注。日前,惠普实验室和波士顿大学、美国国防高级研究计划局达成了协议,共同构建世界上第一个基于忆阻器的人工神经网络。据悉惠普实验室将在2009年推出基于忆阻器交叉开关阵列的RRAM原型芯片,这可能意味着“忆阻器的黄金时代即将到来”。

曹逊

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