Električna vezja, to vemo iz osnovnošolske fizike, gradimo tako, da na »kup« mečemo in med seboj povezujemo tri pasivne osnovne električne elemente – upore, kondenzatorje in tuljave (indukatorje). Četrti element je do zdaj obstajal le na papirju, obetal pa je zanimive električne lastnosti. Memristor je stikalo oziroma mogoče ga je uporabiti tudi kot element, ki prepušča ali pa ne prepušča električnega toka. Deluje torej podobno kot tranzistor, ki pa ni osnovni, ampak sestavljeni element. V primerjavi s tranzistorjem, ki ima v funkciji stikala le dve stanji (0 ali 1), je memristor dokaj preprosto mogoče »nastaviti« na različne nivoje električne uporabnosti, te »nastavitve« pa tudi zadrži, dokler jih ne spremenite. Tudi če ni priključen na napajanje!
Pasivni osnovni električni elementi so tisti, katerih lastnosti ni mogoče doseči z združevanjem osnovnih elementov. Gre za osnovne gradnike, osnovne in nerazdružljive »delce« električnih vezji (tokokrogov).
Če smo zelo preprosti, je memristor nastavljiv električni upor, ki mu je upornost moč spreminjati z električnim tokom, namesto z mehanskim delom (vrtenjem), kot to počnemo pri potenciometru. Zato nekateri ugovarjajo in trdijo, da je tudi memristor v bistvu sestavljeni element. Kar do neke mere drži. Če ne upoštevamo časovne komponente in nanj gledamo zgolj v enem časovnem momentu, gre dejansko za nič drugega kot za upor. Pri upoštevanju časovne komponente, ki pri drugih treh osnovnih elementih ni pomembna, pa je memristor nov osnovni element.
HP-JEV MEMRISTOR
Memristor so izdelali v laboratoriju podjetja HP in je v bistvu, tako vsaj pravijo, zelo preprost! Sestavljata ga dve plasti titanovega dioksida, stisnjeni med dva kovinska kontakta. Ena plast ima normalno razmerje titanovih in kisikovih atomov, druga plast pa ima manj kisikovih atomov. »Pomanjkanje« kisikovih atomov povzroči »praznino« v snovi, ki je odgovorna za spremembo njenih električnih lastnosti. Običajno je namreč titanov dioksid izolator, ki preprečuje prehod elektronov (električni tok). Snov, v kateri manjkajo kisikovi elektroni, pa elektrone rade volje prepušča. Ko je memristor tak, kot smo ga opisali, je »zaprt« oziroma v stanju nič, v katerem toka ne prepušča, torej je električno neprevoden oziroma so obnaša kot upor z neskončno upornostjo. To lastnost spremenijo tako, da na kovinske kontakte »priključijo« pozitivno napetost. Takrat začnejo kisikovi atomi prehajati iz ene plasti v drugo – iz tiste, kjer jih je dovolj, v tisto, kjer jih primanjkuje. Rezultat je, da sta zdaj omenjena »praznina« oziroma pomanjkanje kisikovih atomov prisotna v obeh plasteh, zato ves element ni več neprevoden, temveč prevoden, a z določenim električnim uporom. Kisikove atome na svoje prvotno mesto spravijo tako, da na kontakte »priključijo« negativno napetost. Kolikšna bo dejansko nastavljena upornost memristorja, je odvisna od časa »nastavljanja« z negativno oziroma pozitivno napetostjo.
ČEMU?
Nastavljivost memristorja na različne nivoje električnega upora do neke mere spominja na nevronske mreže v možganih. To pa pomeni, da bi bilo z memristorji mogoče izdelati računalnike (oziroma čipe), ki bi možgane bolje posnemali. Med učenjem (spet časovna komponenta) se povezave med nevroni v mreži spreminjajo, ene oslabijo, druge postanejo močnejše, hkrati pa so povezave tudi različnih moči. Nevronske mreže že danes posnemajo z uporabo vezij, v katerih je veliko število tranzistorjev, memristorji pa bi lahko zmanjšali število potrebnih elementov, vezje bi bilo preprostejše, manj energetsko potratno in hitrejše. Tranzistorji bi ostali, bili bi ekvivalent nevronov, povezave med njimi pa bi bile narejene z memristorji. Tako bi lahko nekoč izdelali računalnike z možnostjo učenja (mehansko učenje), ki bi jih uporabljali za naloge, kot so prepoznavanje obrazov, učenje robotov hoje in podobno. Morda bo nekoč to res naloga memristorjev, veliko prej pa bomo lahko memristor videli v računalniških pomnilnikih. Kot zamenjava bliskovnih (flash) pomnilnikov, fazno spremenjenih pomnilnikov, ki so še v razvoju in o katerih smo več pisali v prejšnji številki revije, ali celo pomnilnikov DRAM. Predvsem od slednjih bo pomnilnik iz memristorjev hitrejši in »gostejši« (več podatkov bo shranjenih v enaki prostornini oziroma na enaki površini pomnilnika).
Ime memristor je skovanka iz besed spomin oziroma pomnilnik (ang: memory) in upor (ang: resistor). Uveljavljenega slovenskega prevoda še ni. Naša predloga: pomnilniški upor ali pomnilni upor.
Moj mikro, Junij 2008 | Jan Kosmač
