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全新憶阻器改寫電路理論 RRAM可望成為殺手級應用?

上網時間: 2008年10月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:憶阻器  電晶體  memristor 

電晶體早在1925年就被發現,但隨後沈寂了很長一段時間,直到1950年代才獲得貝爾實驗室(Bell Labs)的慧眼賞識。現在,另外一種突破性的電路在歷經30多年默默的學術研究生涯後也有望迎來同樣的成功,那就是惠普實驗室(Hewlett-Packard Labs)即將推出的憶阻器(memristor)。

憶阻器是繼電阻、電容和電感被引進主流電子領域後的第四種被動電路元件。1971年即已發明的這種‘記憶電阻’,正如同電晶體的發明一樣,它為電子電路理論帶來全新的革命,也許,它的大好時機已經來臨。但就像早期的元件一樣,它還必須找到殺手級應用才能大放異彩。

誠如助聽器在電晶體發展過程中發揮重要作用一樣,惠普實驗室希望電阻隨機存取記憶體(RRAM)將可開啟憶阻器的市場大門。惠普實驗室承諾明年可望推出這些超高密度記憶體單元的原型。

“我認為憶阻器將使惠普有機會在未來10年內成為記憶體技術的主導者。”Gartner公司副總裁Martin Reynolds表示,“大家都見識到惠普公司已在過去多次重新塑造其形象,而憶阻器技術正是推動該公司再次改變的動力。”

然而,時間也在悄然流逝。去年,惠普正開發中的一種新型記憶體構建模組──‘縱橫式交換器’(crossbar switch)技術的密度曾達到快閃記憶體的20多倍,使惠普能夠從容地完善其RRAM。但不到一年的時間內,快閃記憶體密度已由於採用每單元2位元和3位元的配置,分別提高了4到8倍。

這一始料未及的飛躍性進展使得惠普的優勢相形縮減。RRAM的密度現在僅約相當於快閃記憶體的三倍,這使人不禁擔憂其作為新一代記憶體技術的坎坷命運。

“當惠普從幾年前開始研發縱橫式交換器時,其密度曾達到快閃記憶體的40或50倍之多,”Reynolds表示,“但目前的密度大約只有快閃記憶體的三倍。為了保持領先優勢,惠普必須設法將憶阻器目前的100Gb/cm2密度提高到Tb數量級。”

不管惠普的RRAM是否會成為殺手級應用,憶阻器都將成為如同電晶體本身一樣重要的開發成果。但也就像電晶體那樣,其相關應用還需要經過一段時間的累積。

“憶阻器的歷史與電晶體從發明到首次大規模應用所走過的35年歷程非常相似。”聖母大學電子工程系教授Wolfgang Porod表示。電晶體的理論由物理學家Julius Edgar Lilienfeld於1920年代提出,但在其後很長一段時間內都並未加以開發,以發揮其應有的潛能,一直到貝爾實驗室研究人員William Bradford Shockley、John Bardeen和Walter Houser Brattain等人才開始注意。這三位研究人員由於其先驅且傑出的研究工作而獲得1956年諾貝爾獎。

Porod指出,電晶體的首次應用是耳內助聽器,當時由於電晶體體積很小,因而即使其價格雖比採用真空電子管更高,但也仍能被接受。不久,電晶體收音也機開始推廣。

如出一轍地,惠普公司認為RRAM應用只是憶阻器的鋒芒初露。惠普實驗室預測憶阻器將在神經網路中大展宏圖,因為憶阻器可以根據需要讓電流流向任意一方,從而實現神經網路的自適應功能。

“RRAM是我們的近期目標,但我們對於憶阻器的長期目標是透過建立具有學習能力的自適應控制電路,以改變運算機制。”惠普實驗室憶阻器首席研究員Duncan Stewart表示。

惠普實驗室聲稱,使用類似於RRAM的縱橫式架構以精確掌握類比電路中的電阻變化,具有可調電阻的大量憶阻器陣列便可實現像人腦一樣的學習功能。在人類的大腦中,神經突觸在電流流經時便會得到增強,這與電流流過憶阻器會降低其電阻特性是一樣的。

“使用電子神經突觸的類比電路至少還需要5年多的研究工作。”Stewart表示。惠普實驗室估計商用化應用大約還需要十年時間。

圖1:助聽器為電晶體帶來成功,但什麼樣的殺手級應用能使憶阻器成為主流技術呢?
圖1:助聽器為電晶體帶來成功,但什麼樣的殺手級應用能使憶阻器成為主流技術呢?


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