Мемристор изменит компьютеры, электронику и завоюет мир

Компания НР подписала соглашение о сотрудничестве с Hynix Semiconductor Inc. с целью вывода на коммерческий рынок мемристора. Мемристор представляет собой микроскопические пленки диоксида титана, помещенные между двумя электродами.

Мемристор, как и резистор, имеет электрическое сопротивление, однако при этом оно зависит от того, какой ток пропускали через электроды в последний раз. Проще говоря, возникает эффект памяти.

В продажу планируется запустить мемристоры в форме ReRAM – устройства для хранения информации с очень низким энергопортреблением, высокой скоростью действия и длительным (до 10 лет) сохранением информации при отключении электропитания. В перспективе технология ReRAM должна заменить флэш-память, которая в настоящее время используется в мобильных телефонах, MP3-плеерах и съемных носителях информации. Кроме того, она может выступать в качестве универсального носителя, т.е. заметить флэш, оперативную память DRAM и жесткий диск.

Но наибольший интерес представляет другое свойство мемристора – возможность производить вычисления. Именно это свойство может совершить революцию в компьютерной технике. Как известно, все современные вычислительные системы основаны на архитектуре Джона фон Неймана (John von Neumann), которая требует последовательного исполнения цепочки программных команд, обмена через шины данных информацией между устройством памяти, процессором и исполнительными механизмами в едином (двоичном) виде.

Этот принцип, который подарил нам компьютерный бум и неслыханные возможности коммуникации, тем не менее является серьезным препятствием для качественного развития вычислительной техники. Транзисторы упаковывают все плотнее, шины становятся все быстрее, но граница быстродействия компактных и домашних систем уже видна. Сегодня отчетливо видно, что современная архитектура компьютера очень примитивна. Надо сказать, что самый мощный компьютер в мире – человеческий мозг – устроен совсем по-другому: в нем нет центра, куда стекается абсолютно вся информация, наоборот, каждая часть мозга обрабатывает свою долю представлений об окружающей среде и в итоге формируется цельная картина происходящего. Для выполнения такой же работы обычными компьютерами потребовалось бы создать на многие порядки большее устройство с несоизмеримо высоким энергопотреблением. Например, для симуляции работы только коры головного мозга пришлось использовать мощнейший современный суперкомпьютер с более чем 150 тыс. процессоров и 144 Тб оперативной памяти, при этом симуляция по интеллекту не дотягивала даже до уровня кошки. Но мемристорный компьютер больше похож на мозг благодаря многочисленным кластерам, которые будут хранить и одновременно обрабатывать отдельные "куски" информации. Благодаря тому что память мемристора хранит значение тока, который через него пропустили, становится возможной обработка не только двоичных сигналов "1" и "0", но и любых других значений в промежутке от 0 до 1, например "0,3" или "0,8", что открывает широчайшие перспективы для создания вычислительных систем, в том числе и нейрокомпьютеров.

Фактически мемристоры могут сделать ненужными многие части компьютера, так как позволят выполнять вычисления без передачи данных центральному и вспомогательным процессорам. Компьютер с универсальным чипом ReRAM не будет иметь винчестера, оперативной памяти, видеокарты, возможно, и процессора, а также сможет обойтись без обязательной загрузки операционной системы "с нуля", т.к. может хранить в памяти состояние, предшествующее выключению, что позволит сразу же продолжить работу. Разумеется, мемристорный компьютер будет потреблять в разы меньше энергии (а значит не потребует мощного охлаждения) и будет гораздо компактнее. Для того чтобы изменить конфигурацию такого компьютера, не нужно будет менять видеокарту или память, выбрасывая дорогие и экологически небезопасные старые детали – достаточно будет добавить дополнительный мемристорный блок и/или внести изменения в программное обеспечение.

Мемристорная технология может совершить небольшую революцию в электронике и, что более важно для простого пользователя, сделает домашние ПК быстрее, проще и экономичнее. Дата появления первых мемристорных компьютеров пока неизвестна, но представители компании HP заявляют, что уж о "флешках" в ближайшие 10 лет мы точно забудем.