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一種以憶阻器為基礎(chǔ)的裝置可用于構(gòu)建類大腦系統(tǒng)和十進(jìn)制計(jì)算機(jī)。 

基本電子元件——憶阻器好像仍能制造一些驚喜。自從研究者制造了第一個(gè)憶阻器以來(lái)，這個(gè)神秘的設(shè)備就產(chǎn)生了大量的應(yīng)用——更密集的非易失性存儲(chǔ)器、新的通用邏輯門、類大腦計(jì)算機(jī)等等。此外，都柏林三一學(xué)院的物理學(xué)家表示：還有十進(jìn)制存儲(chǔ)。

與基于晶體管的、被設(shè)計(jì)為假定只有二進(jìn)制狀態(tài)的存儲(chǔ)器不同，憶阻器可以容納更多。三一學(xué)院的研究人員制造了一個(gè)能存儲(chǔ)六阻態(tài)的憶阻器，他們還聲稱，將其擴(kuò)展到十進(jìn)制或更多也不成問(wèn)題。

與閃存和動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)一位電荷不同，憶阻器（或稱阻變式存儲(chǔ)器，RRAM）將內(nèi)存作為電阻。該裝置會(huì)通過(guò)改變其內(nèi)部的電阻“記住”已通過(guò)電流的電平。當(dāng)電流沿另一個(gè)方向流動(dòng)時(shí)，電阻就會(huì)減小。

三一學(xué)院的憶阻器有些不同。其一是，與其他的憶阻器不同，它也可以作為一個(gè)二極管：電阻電平可以僅通過(guò)在一個(gè)方向上流動(dòng)的電流進(jìn)行控制。二極管的效果來(lái)自一個(gè)后期的處理步驟，稱為電鑄。該裝置將一個(gè)二氧化鈦半導(dǎo)體納米線夾在兩個(gè)金屬電極之間。一旦組成憶阻器，長(zhǎng)期暴露于10伏的電壓下會(huì)提升陰極接口附近的電荷載體的數(shù)量，形成一個(gè)二極管結(jié)。

除在一個(gè)方向上導(dǎo)電以外，這款憶阻器存儲(chǔ)比特的方式也不同。一個(gè)正常的憶阻器需要兩種不同的電壓來(lái)存儲(chǔ)兩個(gè)不同電平的電阻，三一學(xué)院的物理學(xué)家柯蒂斯?奧凱立（Curtis O’Kelly）說(shuō)：“你施加5伏的電壓，得到一種電阻位；施加10伏的電壓，就得到另一種電阻位?！彼c約翰?博蘭（John Boland）和杰薩曼?費(fèi)爾菲爾德（Jessamyn Fairfield）發(fā)現(xiàn)了一些新屬性，“在我們的設(shè)備上，你施加一次7.5伏的電壓，就會(huì)帶你上升一個(gè)電阻電平，當(dāng)你施加另一個(gè)7.5伏的脈沖時(shí)，又會(huì)帶你上升到另一個(gè)電阻電平?！苯?jīng)過(guò)6次這樣的脈沖，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的設(shè)備達(dá)到了飽和狀態(tài)，電阻再也不會(huì)發(fā)生變化。奧凱立解釋說(shuō)，你可以在任何電平上停止，這一電平會(huì)被存儲(chǔ)下來(lái)，之后再施加另一個(gè)脈沖，將會(huì)帶你上升到一個(gè)新的電平，或者你也可以通過(guò)施加一個(gè)負(fù)7.5伏的脈沖復(fù)位設(shè)備。他說(shuō)，由于憶阻器是一個(gè)二極管，你可以無(wú)需電流通過(guò)而重置存儲(chǔ)單元，而這在“正常的”憶阻器上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

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研究人員表示，存儲(chǔ)效應(yīng)的機(jī)制可以通過(guò)電極接口處的納米線發(fā)生的物理變化來(lái)解釋。奧凱立說(shuō)，“當(dāng)你在一個(gè)觸點(diǎn)上施加正電壓時(shí)，就生成了一定的氧空位——從電線晶格中去除氧氣——這使得電子”更容易進(jìn)入金屬。負(fù)7.5伏的脈沖將金電極上的電子注入納米線，在接口處破壞氧空位，使納米線的導(dǎo)電性變差。

電阻電平的數(shù)量是靈活的，在該裝置中可以多達(dá)10個(gè)。奧凱立說(shuō)：“最終的限制是每個(gè)電平之間的分辨率?！?/p>

這種系統(tǒng)使奧凱立想象到了十進(jìn)制的存儲(chǔ)，它可以在每個(gè)存儲(chǔ)單元中保留10個(gè)不同的阻態(tài)。當(dāng)然，這樣的存儲(chǔ)在二進(jìn)制運(yùn)算的世界中是否有價(jià)值是值得商榷的。一方面，十進(jìn)制的存儲(chǔ)可能會(huì)更加密集。例如，最大的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制的64位整數(shù)——18,446,744,073,709,551,615——可以以20位而不是64位表示。但十進(jìn)制存儲(chǔ)與二進(jìn)制邏輯接口可能會(huì)抵消任何進(jìn)展。奧凱立表示，電子工程師們需要制造出“基礎(chǔ)設(shè)施，以應(yīng)對(duì)這種新型存儲(chǔ)?！?/p>

在有人根據(jù)三一學(xué)院的憶阻器重新設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)之前，該設(shè)備將需要獲得一些重大的進(jìn)展。劍橋大學(xué)的物理學(xué)家詹姆斯?斯科特（James Scott）將該設(shè)備的低轉(zhuǎn)速比作“8世紀(jì)的手動(dòng)算盤”。

位于奧爾巴尼的紐約州立大學(xué)的電氣工程師哈瑞卡?曼尼姆（Harika Manem）建議，將該設(shè)備制造得更小應(yīng)該能幫助解決這個(gè)問(wèn)題。曼尼姆并不是十進(jìn)制計(jì)算的信徒，但她認(rèn)為，這些多態(tài)憶阻器對(duì)于她感興趣的研究——基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非常規(guī)仿生邏輯系統(tǒng)——會(huì)很有幫助。她說(shuō)：“他們?cè)O(shè)備的好處是，它具有易重復(fù)且一致的可控狀態(tài)，如果他們能將其縮小，應(yīng)該會(huì)更具有實(shí)用性?！?/p>