61

Российские ученые создали мемристор

В Тюменском государственном университете, в рамках проекта по моделированию нейронных сетей мозга, осуществляемых ТюмГУ и ООО «ТАСО», получен мемристор – четвертый фундаментальный компонент электроники, наряду с резистором, конденсатором и катушкой индуктивности.

Мемристор действует как сопротивление, значение которого изменяется в зависимости от проходящего через него тока. В результате снижения сопротивления мемристора связь между логическими элементами, в формировании которой участвует этот мемристор, становится более эффективной – происходит обучение. При повышении сопротивления мемристора происходит забывание или торможение. Прочитать записанную в мемристор информацию можно измерив его сопротивление. По своему действию мемристор подобен синапсу – соединению между нервными клетками мозга (нейронами).

Работа над мемристивной микросхемой в чистой комнате ТюмГУ, март 2012 г.

 

Существование мемристора предсказал в 1971 г. исследователь из университета в Беркли Леон Чуа, а на практике мемристор был впервые в мире получен в 2008 г. в корпорации Hewlett-Packard группой под руководством Р. Стэнли Уильямса.

Как отмечает проректор ТюмГУ по инновационному развитию и информационным технологиям, генеральный директор ООО «ТАСО» и руководитель проектов по созданию нейроморфных систем и моделированию нейронных сетей мозга Вадим Филиппов: «... Если раньше мы могли создавать лишь программные модели на базе мощных суперкомпьютеров, то с получением мемристоров у нас появляется возможность создавать самообучающиеся мемристивные микросхемы, которые будут встраиваться в программно-аппаратные комплексы, моделирующие кору мозга. Создание мемристоров скорее всего постепенно приведет к полному пересмотру и изменению всей архитектуры современных компьютеров, приблизив их к организации живых ассоциативных систем».

Мемристоры в ТюмГУ получены на основе диоксида титана (TiO2) – полупроводника, в чистом виде имеющего большое сопротивление. Однако если TiO2 легируется другими элементами, то эти легирующие примеси (например, ионы кислорода) в высоком электрическом поле могут дрейфовать в направлении электрического тока. Подача напряжения смещения через тонкую пленку диоксида титана заставляет примеси распространяться в объеме TiO2 и таким образом понижает его сопротивление. Подача тока в другом направлении перемещает примеси назад, увеличивая сопротивление TiO2. Мемристор может принимать не только два положения – 0 или 1, но и любые другие значения, работая в аналоговом режиме. Причем это делается на одном элементе, что позволяет уменьшить размеры мемристора до нескольких нанометров, а скорость срабатывания – до наносекунд.

Мемристоры были синтезированы с помощью приобретенной ТюмГУ модульной технологической платформы для формирования нанотехнологических комплексов с кластерной компоновкой «Нанофаб-100». Для получения мемристоров на подложку были нанесены поперечные проводящие дорожки, на которые был нанесен слой диоксида титана (TiO2) толщиной всего 15 нанометров. Поверх него были нанесены продольные проводящие дорожки. В местах пересечения дорожек получен выраженный мемристивный эффект снижения сопротивления и потенциации связи в зависимости от проведенного тока.

Принципиальное отличие мемристора от большинства типов современной полупроводниковой памяти и его главное преимущество перед ними заключаются в том, что он не хранит свои свойства в виде заряда. Мемристору не страшны утечки заряда при переходе на микросхемы нанометровых масштабов, и он полностью энергонезависим, а данные могут храниться в мемристоре до тех пор, пока существуют материалы, из которых он изготовлен. Мемристоры на сегодня являются единственным неживым материалом, приближающимся по своим функциям к синапсам живого мозга. Синаптические соединения могут быть смоделированы и на КМОП-транзисторах, но транзисторные схемы несравнимо больше, медленнее, сложнее, энергозатратнее и дороже, чем мемристивные.

По материалам ООО «ТАСО»

 http://utmn.ru/news/6468 

 

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен и сделайте вашу ленту объективнее!

  • 0
    Нет аватара pch
    06.05.1215:27:24
    Если честно, то звучит фантастически. Получается, тюменцы вторые в Мире после Хьюлета, кто смог это создать. Будем надеяться на скорое коммерческое использование.    Однако, не всеполимерыпросрали   
    Отредактировано: pch~15:28 06.05.12
    • 0
      Нет аватара PolarWolf
      06.05.1218:10:08
      Здесь нигде не сказано, что вторые, вполне возможно, что и 102, но суть не в этом, главное, что теперь и у нас есть такая технология.
    • 0
      Нет аватара Yulia Mironova
      07.05.1206:29:04
      Скорее третьи, или даже четвертные. Зимой один из американских университетов демонстрировал чип на мемристорах для нейроморфных систем (задачи моделирования мозга). Ну и еще одна компания тоже зимой анонсировала выпуск памяти в следующем году (а это значит что у них есть лабораторные образцы, вероятнее всего даже рабочая память). Ну и HP уже два года как готовит производство тоже для налаживания выпуска памяти для замены всей остальной.
  • 0
    Нет аватара checkpoint
    06.05.1217:48:29
    Сам из Тюмени. С удивлением узнаю из статьи, что в ТюмГУ есть соответствующе оборудованная лабораторая, позволяющая заниматься такого рода исследованиями, и самое главное - люди. Я не могу найти себе радиоинженера, а тут понимаешь ТАКОЕ!!! В целом, если это не профанация, я очень рад    . Может быть лет через 10-20 с Тюмени спадет проклятье "нефтяной столицы".
    • 0
      Нет аватара eugene771
      06.05.1217:55:08
      Просто торговля у нас насыщение прошла 3 года назад. Точечно развитием производства занимались, а массово медленно маховик раскручивается. Под науку производственную инфраструктура стремительно отстраивается. Так что 10-20 лет мы ждать не будем))) 3 года максимум.
      • 0
        Нет аватара pragmatik
        06.05.1218:37:35
        ну ну, люди есть, а зеленограде линию на 95 нанометров никак не запустят.... Рынок главное, спрос.... по теме, надеюсь полученая технология станет конкурентом к процессорам интела.
    • 0
      Нет аватара Z-zyl
      06.05.1219:39:03
      Сори, но это именно профанация. Идея, смысл и технология титанооксидных мемристоров хорошо описаны, изготовить единичную наноструктуру с помощью станции типа той от НТ-МДТ более чем реально. Это требует определённых знаний, умений и труда, но ничего нового тут нет, ничего изобретать не нужно. НТ-МДТ делает хорошие приборы, да, но это известно и без этой новости. Практического выхода с этого тоже нет никакого: чтобы он был, нужно научиться производить такие структуры в количестве миллиардов на чип, и по цене от силы пару долларов за чип. Вот это как раз достаточно сложно и требует больших вложений ума, денег и сил. До сих пор никто не сделал. Прямой связи между изготовлением единичного наноприбора и разработкой промышленной технологии выпуска микросхем с нуля - дистанция огромного размера, и, строго говоря, они даже не лежат на одной прямой.
  • 0
    Нет аватара imperskij@pes
    06.05.1218:02:13
    восторг. очень жду применения.
    • 0
      Нет аватара Z-zyl
      06.05.1219:41:42
      Его не будет. Станции типа "Нанофаб" предназначены для единичных приборов в лабораториях, а не серийного производства. Для промышленности потребуется совсем иная технология.
  • 0
    Нет аватара azurel
    06.05.1221:09:10
    Ну что-же этого следовало ожидать, наши ученые впереди, запад посрамлен, все ликуют. Скоро мы завалим мемристорными запоминающими устройствами весь мир, акции крупнейших электронных гигантов можно продавать.
    Отредактировано: azurel~21:10 06.05.12
    • 0
      Нет аватара eugene771
      06.05.1221:43:06
      Иронизировать можно долго. Но имея технологию всегда можно найти партнера, кто умеет превратить ее в массовое производство. Это если абстрагироваться и допустить, что мы сами совершенно не способны сделать массовое производство. Это совершенно не так.
      • 0
        Нет аватара Z-zyl
        07.05.1201:31:12
        Так технологии тут нет. Её ещё нужно сделать. Единичные экземпляры наноконструкций в лабах и не такие делают, если бы это автоматически означало возможность построить массовое производство, мы бы сразу прыгнули лет на 50 вперёд.     В лабе могут показать принципиальную возможность сделать какую-то конструкцию (кстати, в данном случае этого нет, ибо возможность давно показана и доказана). Но вот для массового производства требуются совсем иные разработки и технологии. И про "партнёров" немножко насмешило... бытует мнение, что за деньги на некоем мифическом Западе или не менее мифическом Китае можно сделать всё, только объясни, что ты хочешь.     Да фиг там. "Партнёр" должен уметь это делать. А таких нет. И если были бы, им никто не был бы нужен - они сами всё знают. Всё давно опубликовано и известно.
    • 0
      Zveruga Zveruga
      06.05.1221:51:26
      Чубайс решил открыть производство мемристорной памяти.    
      Отредактировано: Zveruga~21:51 06.05.12
      • 0
        Нет аватара WJ
        06.05.1222:27:07
        Если бы у бизнеса было такое же жжение пониже спины - собирать отечественные идеи и делать из них новую продукцию - как у посетителей сайтов.  http://www.artlebedev.ru/everything/flashkus/ 
      • 0
        Нет аватара Z-zyl
        07.05.1201:37:44
        Нет. У Крокуса - MRAM на MTJ (частный случай GMR, зависимость сопротивления туннельного перехода от ориентации спинов носителей). Причём, технология по технормам процесса устаревшая уже сейчас. Так что с флешем конкурировать не получится, даже если завод появился бы прямо сейчас, а не когда они там планируют. У MRAM есть одно принципиальное преимущество: высокая радиационная стойкость. То есть, пока это микросхемы для спецприменений. В основном - космос и военка. Флеш в силу своей природы очень нервно реагирует даже на микроскопические дозы радиации. Чтобы конкурировать с флешем в быту этого мало. Нужна в первую очередь большая плотность и (следующая отсюда) низкая себестоимость.
  • 0
    Нет аватара Commentator
    06.05.1222:53:58
    Существование мемристора предсказал в 1971 г Это как понимать? Может возможность создания мемристора предсказал?
    • 0
      Нет аватара Z-zyl
      07.05.1202:39:28
      Не. Есть основные электротехнические параметры - заряд, магнитный поток, ток, напряжение, и для каждой пары существует электротехнический элемент, который их "связывает". Примерно так:
      •  © computerra.ru

      Так что чел просто нарисовал картинку и подумал, что чего-то не хватает.     На самом деле "почти мемристор" давно сущестовал, это гальванический интегратор (на таких была построена СУ "Востока"; микропроцессоров и даже обычных ОУ не было, приходилось выкручиваться    ). Но он не двухполюсник, так что мемристора - да, таки чуток "не хватало".    

      • 0
        Нет аватара
        07.05.1213:57:50
        Филипов там занимается моделированием коры мозга. Для этого и создал мемристоры. И если они пригодятся в промышленности и этим заинтересуется тот же Роснано то это только плюс. Филипов очень увлечён созданием ИИ и такой прогресс в России в создании мемристоров объясняется исключительно его личными качествами. И в этом беда России...
        Отредактировано: Tuk Tak~13:58 07.05.12
  • 0
    Zhabjen Zhabjen
    08.05.1204:16:30
    Объясните пожалуйста простым языком, для чего эта сия штуковина?
    • 0
      Нет аватара Z-zyl
      08.05.1213:13:55
      В первую очередь это долговременная компутерная память. Что-то вроде флэша, только лучше. Для некоторых применений. Конкретно на фото - штуковина вообще ни для чего. Промежуточный результат. Люди учатся.
  • 0
    Нет аватара ultra-ata
    08.05.1210:49:27
    Очень интересно то, что создан мемристор с помощью отечественной железки Нанофаб-100. Самые что ни на есть незамутненные нанотехнологии.
  • 0
    Нет аватара lamin
    08.05.1211:52:28
    чуваки! память здесь ни при чем! Такая на которую фотки записывают - точно. Я еще в студенчестве занимался нейросетями. Так вот - они реальная альтернатива неймановской электронике при решении двух задач - алгоритмов обучения и реализации в железе. С алгоритмами обучения в РФ лучше, чем в где бы то ни было - это я точно знаю. А мемристор - это основа ПРОЦЕССОРА. Грубо говоря - на чипе будут сумматоры и мемристоры и связи между ними - и модель мозга готова. Причем связи - это по умолчанию полносвязный направленный граф. Поэтому 3 D будет процессор. В толщину такой же как в ширину, на тысячи слоев. Сигнал в таком процессоре идет параллельно по тысячам и миллионам связей. Задача решается грубо говоря за один такт. Собственно - обученный процессор - это одновременно и ПАМЯТЬ для основной и единственной программы такого процессора. RAM - это внешний ресурс. Нужен для установки задачи и записи результатов. Так что имея такой кирпичик как мемристор, можно приступать к созданию нейропроцессора, и поверьте, первые 3-5 лет будет абсолютно пофигу какие там нанометры в процессе производства. Он будет пр решении определенных задач бесконечно быстрее любых многогигагерцных неймановских последовательных машин.
    • 0
      Нет аватара Z-zyl
      08.05.1213:16:45
      Не всё так просто. Back propagation не то чтоб просто вот так реализовать на одних мемристорах. Требуются активные элементы. А их (с достаточно большой интеграцией) умеют делать пока только в один слой. То, что мемристор хорош и удобен для нейросетей - это факт. Только вот их недостаточно.
  • 0
    Нет аватара Solncevorot
    12.05.1212:00:32
    Такая длинная статья, а не рассказали как он работает. Изменяет сопротивление в зависимости от протекающего через него току - и все.  http://ru.wikipedia.org/w...8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80 
    еоретически они могут быть более емкими и быстрыми чем современная флеш-память. Также их блоки могут заменить RAM. Их умение «запоминать» заряд позволит отказаться от загрузки системы. В памяти компьютера отключенного от питания будет храниться его последнее состояние. Его можно будет включить и начать работу с того места, на котором остановился. Это же свойство позволит отказаться от некоторых компонентов современного ПК, что позволит сделать компьютеры меньше и дешевле. HP предполагает, что к 2013 году мемристоры начнут заменять собою флеш-память, в 2014—2016 — оперативную память и жесткие диски.
    Устанавливает отношения между интегралами по времени силы тока, протекающего через элемент, и напряжения на нем. Что-то я все-равно не понял.
  • 0
    Нет аватара
    13.05.1200:21:21
    Мне очень нравятся такие прорывные идеи, и захватывает дух от перспектив! Вот только пытаюсь определиться с высокотехнологичной команией ООО "ТАСО". Это самарское агенство недвижимости, московская по ремонту техники или тюменская  http://yell-tyumen.ru/company/3957911  где последним пунктом деятельности после естесно "продажи оргтехники" значится скромное "■Науки естественные и технические - исследования и разработки". Нет ни сайта, ни кто такой Филиппов Вадим (гений-предприниматель, сделавший HP), ни научных работ.... В прошлом году прошла не менее значимая новость " ООО «ТАСО», Высокотехнологичным предприятием ТюмГУ, созданы искусственные нейронные сети, обеспечивающие реконсолидацию следа памяти, 19.12.2011"  http://utmn.ru/news/5815.  Все же они как минимум выполнят план публикаций научных статей, т.е. действительно занимаются исследованиями и разработкой". Жду новостей о квантовом компьютере - пора бы!
  • 0
    Нет аватара testlogin
    24.03.1310:34:43
    >>четвертый фундаментальный компонент А как же диод, транзистор, тиристор? Интеграл по времени тока - это заряд. Интеграл по времени напряжения - это магнитный поток. Почему не сказано , где накапливается заряд и через какую площадку течет магнитный поток?
    Отредактировано: testlogin~10:54 24.03.13
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,