Мемри́стор (от  — память, и  — электрическое сопротивление) — пассивный электрический элемент, двухполюсник в микроэлектронике, способный изменять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда (интеграла тока по времени).

Может быть описан как двухполюсник с нелинейной вольт-амперной характеристикой, обладающей гистерезисом.

Математическая модель

Теория мемристора была разработана в 1971 году профессором (Цай Шаотаном в китайской транскрипцииChua, Leon O, «Memristor—The Missing Circuit Element », IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519.). В ней устанавливаются отношения между интегралами по времени силы тока, протекающего через элемент, и напряжением на нём. Долгое время мемристор считался теоретическим объектом, который нельзя построить.

Однако лабораторный образец запоминающего элемента, демонстрирующего некоторые свойства мемристора«The Missing Memristor: Novel Nanotechnology or rather new Case Study for the Philosophy and Sociology of Science?» by Sascha Vongehr, Advanced Science Letters 17, pp. 285—290 (2012), arXiv:1205.6129 Бёрд Киви, Мемристоры: пора ли переписывать учебники? // 3DNews, 18 декабря 2014: "А было ли открытие? … следует отметить существенные различия между тем мемристором, который был теоретически предсказан Леоном Чуа в 1971 году и тем устройством … наноконструкция, обнаруженная в HP, фактически представляет собой аналоговое запоминающее устройство, которое вообще не требует для своей работы эффектов магнетизма., был создан в 2008 году коллективом учёных во главе с Р. С. Уильямсом в исследовательской лаборатории фирмы Hewlett-PackardStrukov, Dmitri B., et al. «The missing memristor found .» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. doi:10.1038/nature06932Четвёртый элемент: специалисты HP воплотили в жизнь технологию памяти, придуманную 37 лет назад // IXBT, 05 Мая, 2008.

В отличие от теоретической модели, полученное устройство не накапливает заряд, подобно конденсатору, и не сохраняет магнитный поток, как катушка индуктивности. Работа устройства (изменение его сопротивления — резистивное переключение, — и других свойств) обеспечивается за счёт химических превращений в тонкой (5 нм) двухслойной плёнке диоксида титана. Один из слоёв плёнки слегка обеднён кислородом, и кислородные вакансии мигрируют между слоями под действием приложенного к устройству электрического напряжения. Данную реализацию мемристора следует отнести к классу наноионных устройств.

Наблюдающееся в мемристоре явление гистерезиса позволяет использовать его в качестве ячейки памяти (RRAM). Гипотетически мемристоры смогут заменить транзисторы в некоторых частных применениях.

Теоретически мемристорные запоминающие элементы могут быть более компактными и быстрыми, чем современная флеш-память. Также блоки из них могут заменить ОЗУ. Особенность мемристоров «запоминать» заряд может позволить впоследствии отказаться от загрузки системы компьютера: в памяти компьютера, отключённого от питания, будет храниться его последнее состояние. При поддержке со стороны программного обеспечения компьютер можно будет включить и начать работу с того места, на котором она была остановлена при выключении.

По заявлениям Hynix и Hewlett-Packard, технология готова к производству. Изначально сообщалось, что накопители на базе мемристоров выйдут в 2013 годуHP, Hynix to launch memristor memory 2013 // EETimes, Peter Clarke, 2011-10-06, но затем выпуск был перенесён на 2014 годРазработка мемристоров завершена, но HP и Hynix не хотят подрывать рынок флэш-памяти // IXBT, 28 Сентября, 2012Memristors' one-year delay will hit IT in the wallet // ZDNet, July 10, 2012.

В 2014 году HP опубликовала проект суперкомпьютера The Machine, в котором планируется использовать волоконно-оптические линии связи и память на базе мемристоров. Рабочий прототип устройства продемонстрирован в конце 2016 года, коммерциализация технологии ожидалась к 2018 или 2019 году. До сих пор ведутся работы по этому направлению.

Перспективы применения в качестве вычислительных устройств Мемристоры могут быть использованы не только для хранения данных. Так, М. Ди Вентрой и Ю. В. Першиным была предложена концепция вычислительных машин, в которых хранение и обработка информации осуществляется одним и тем же физическим устройством, основанным на мемристорах. ..

Рассматривается возможность применения мемристоров в качестве искусственных синапсов (весовых модулей) нейропроцессоров и искусственных нейросетей. Поведение мемристора напоминает работу биологического синапса — чем интенсивнее входной сигнал, тем выше пропускная способность синапса («вес» сигнала). В частности, нейросети на основе мемристоров могут обучаться по биоподобным локальным правилам, таким как . Это решение позволит сильно упростить конструкцию нейропроцессора и уменьшить его стоимость, так как хорошо приспособлен для производства на уже имеющихся технологических линиях по производству микросхем. Однако на 2021 год остаётся нерешённой основная проблема мемристорных устройств — их воспроизводимость (как от экземпляра к экземпляру, так и от цикла к циклу переключения состояния).

См. также Интегральная схема Процессор Мемистор Мемтранзистор Трансатор Кроссбар Мемкомпьютинг

Примечания

Литература Chua, Leon O. «Memristor—The Missing Circuit Element», IEEE Transactions on Circuit Theory. 18.5 (1971): 507—519. doi:10.1109/TCT.1971.1083337 Strukov, Dmitri B., et al. «The missing memristor found.» // Nature 453.7191 (2008): 80-83. doi:10.1038/nature06932 Храповицкая Ю. В., Маслова Н. Е., Занавескин М. Л., Марченков А. Н. Моделирование частотных и мощностных характеристик мемристора на основе оксида титана.

Ссылки Олег Нечай Мемристор: «недостающий элемент» // Компьютерра-Онлайн, 3 февраля 2011 года Бёрд Киви, Мемристоры: пора ли переписывать учебники? // 3DNews, 18 декабря 2014 MEMLINKS // Ссылки на научные работы о мемристорах

Категория:Резисторы Категория:Нанотехнология