※ [本文转录自 Electronics 看板] 作者: Qubit (我是库比) 看板: Electronics 标题: [转录][新闻] 电路学大发现──传说中的「忆阻器」现形 时间: Sat Jun 14 06:38:45 2008 ※ [本文转录自 Gossiping 看板] 作者: bsd44lite (无心插柳柳橙汁) 看板: Gossiping 标题: [新闻] 电路学大发现──传说中的「忆阻器」现形 时间: Sat Jun 14 04:38:19 2008 电路学大发现──传说中的「忆阻器」现形 http://www.eettaiwan.com/ART_8800521327_628626_NT_a35f2c00.HTM 惠普实验室(HP Labs)的资深院士R. Stanley Williams不久前成功地证实了有关「忆阻器 (memristor)」的学说──所谓的忆阻器是指电子电路中除了电阻、电容与电感之外的第 四种被动元素，早在1971年就由美国加州柏克莱大学教授Leon Chua所提出，不过当时仅 是初步发现，直到日前才由HP正式发表。而此一成果也意味着相关教科书必须重新改写。 忆阻器概念的创始人Chua表示：「我的处境跟1869年发明化学元素周期表的俄罗斯化学家 Dmitri Mendeleev很类似；Mendeleev当时假设该周期表上有许多失落的元素，而现在所 有的化学元素都已经被发现了。同样的，来自HP Labs的Stanley Williams发现失落的电 路元素──忆阻器。」 Chua当时是以数学推论电子电路在电阻、电容与电感之外还有第四种元素；他将之命名为 忆阻器的缘故，是因为该元素会透过电阻的改变「记忆」电流的变化。而现在HP则宣称发 现了首个忆阻器的实例── 它是由一片双层的二氧化钛(bi-level titanium dioxide)薄 膜所形成，当电流通过时，其电阻值就会改变。 「此一新发现的电路元素可解决今日电路学上的许多问题，因为当其尺寸缩小，其性能也 会提升。」Chua.表示：「忆阻器可实现非常小的奈米等级元件，且不会产生现今将电晶 体尺寸缩小的过热问题。」 HP已在其超高密度纵横式交换器(crossbar switches)中测试过以上元素，该交换器使用 奈米线(nanowires)达到在单晶片中储存100Gbits容量资料的记录；而目前最高密度的快 闪记忆体晶片则可储存16Gbits的资料。 「我们花了多年时间寻找应用在超高密度奈米线纵横式交换器中的最佳材料，以实现在一 平方公分的面积内容纳1,000亿个纵横闩(crossbars)的目标。後来我们发现，最理想的材 料就是忆阻器。」Williams表示。 Williams除了是忆阻器以二氧化钛为基础的材料的主要发明人之外，亦是HP成立了12年的 资讯与量子系统实验室(Information and Quantum Systems Lab)的创始主管；他所率领 的研究团队并将该材料的配方最佳化。 Chua 则表示，在过去的37年来，忆阻器所遇到的障碍是电子电路学说中一个普遍的错误 想法──即被动电路中，有关电压与电荷之间的基础关系。研究人员认为，电压与电荷间 的基础关系，应是在电压的变化值，或称电通量(flux)，与电荷之间；而这也是让HP能研 发出电阻器的关键原因。 「电子理论学者在这些年来都使用了错误的变量比对──即电压与电荷；事实上，电子理 论所遗漏的一个部份，是有关电通量与电荷之间的变量比对。」Chua表示，以上的错误观 念与亚里斯多德运动定律(Aristotle's Law of Motion)的谬误十分类似，该定律认为力 与速度(velocity velocity)应该是成正比的，但两千年之後牛顿(Newton)指出其错误， 表示亚里斯多德用了不正确的变量，力应该是与加速度 (acceleration)成正比；加速度 是速度的变化值。 Chua指出，以上的例子与今日电子电路学中的错误观念如出一辙，但所有的教科书给的资 讯都使用了错误的变量，即电压与电荷；事实上，电压与电荷间的基础关系，应该是在电 通量与电荷之间才正确。 HP曾在多年前邀请Chua前往发表其学说，不过当时并未透露他们正在积极寻找忆阻器；直 到最近，Williams才告诉Chua，他已经使用了正确的变量，也就是电通量与电荷，发明了 世界上第一个可以运作的忆阻器。 忆阻器的运作模式类似一个带着记忆体的非线性电阻(non-linear resistor)，可做为一 种尺寸小巧且高能源效率的记忆元件。不过Chua与Williams表示，忆阻器是一种新型态的 电路元素，可制造出的新元件会是大家无法预料的。 Williams与其研究团队所发明的首个忆阻器，是以两层三明治型态的二氧化钛薄膜为基础 ；做为一种记忆元素，其运作方式是透过耦合该种材料中的原子运动与电子运动，来改变 薄膜的原子结构。 HP 所使用的底层材料，是由钛原子与氧原子组成的对称晶格(lattice)，可做为良好的绝 缘体；但顶层则掺杂了氧空缺(oxygen vacancies)，使其能成为导体(空缺越多导电性越 好)。HP在二氧化钛中制造这种氧空缺的秘诀，是使用溅镀沉积法(sputter deposition) 产生大量的氧，然後再削减氧气流量产生空缺层。 透过在三明治层的上方与下方放置奈米线纵横闩，电荷就会穿越该材料。Williams指出： 「我发现忆阻器材料的方法，就是透过研究二氧化钛感测器的运作模式；这让我想到，可 以透过移动该材料内的氧空缺来制造忆阻器。」 Williams表示，对该元件通电之後，就能推动材料层中的氧空缺到没有氧空缺的地方，因 而改变其电阻系数值达1000以上，将忆阻器「开启」；而若将电流逆转，让氧空缺回到原 地，就可「关闭」忆阻器。 就像Chua所预言的，Williams已经在计划利用HP的纵横闩结构，研发超越一般记忆体的全 新型态元件。「如果我们用快速猛烈的方式来对忆阻器通电，它的运作方式会像是数位元 件；但是如果我们用缓慢温和的方式来对其通电，它就会像是类比元件。」他表示，该团 队已经利用其纵横闩结构，设计了一种同时具备数位与类比功能区块的新型态电路。 Williams透露，在类比功能的那部份，他们希望能创造一种以忆阻器为基础的类比计算元 件，其运作方式类似人脑神经元突触，执行功能控制时会以比较对照的方式来进行，例如 判断某样东西的尺寸比另一样东西大或是小。 该研发团队尚未建立一个神经元网路，不过相信在其纵横闩的类比功能部份应用忆阻器， 将可对神经元网路有很大助益。 HP计画在2008年稍晚公布其忆阻器材料的运作细节，以及该研发团队已经最佳化的、在不 同型态电路中的奈米级纵横式交换器架构。「忆阻器不只可做为现有记忆体元件的替代品 ，也可望应用在人们从未想像过的各种新型态元件中。」Williams表示。 电路有记忆—忆阻器（Memristor） 基础电子学教科书列出三个基本的被动电路元件：电阻器、电容器和电感器。任教於柏克 莱加州大学，并且是新竹交通大学电子工程系荣誉教授的蔡少棠(Leon O. Chua)，近40年 前就预测有第四个元件的存在：一个有记忆功能的非线性电阻器，即忆阻器（memristor ）。 惠普公司（Hewlett-Packard Co.）实验室的研究人员最近证明忆阻器的确存在，研究论 文在1日的「自然」期刊发表。科学家希望能帮助制造出储存更多资讯、更省电的记忆晶 片，优於今日个人电脑和其他数位装置使用的记忆晶片。 现年71岁，就快退休的蔡少棠笑着说：「我从未料想到有生之年竟然能看见忆阻器的存在 获得证明。我之所以感到万分高兴，是因为这证明了我的研究不是个人的想像，而是基础 的原理。我能预见各式各样的新科技，感觉非常兴奋。」 蔡少堂发表的原始理论以「Memristor - The Missing Circuit Element (忆阻器—失落 的电路元素)」为标题，预测基本电子理论中除了电阻、电容、电感三种元素外，应该存 在第四种元素。惠普研究小组在自然期刊（Nature）发表的报告，则以「The missing memristor found (寻获失落的忆阻器)」为标题。 由於memristor具有记忆能力，当电源切断後，还能记忆之前通过的电量，可以取代目前 电脑使用的动态随机存取记忆体（DRAM），让电脑不再因为重新开机，而失去先前的资料 。此外，memristor的电力需求很小，可以大幅缩小晶片体积、提高记忆体晶片性能，为 电脑产品带来革命性的改变。 HP 研究人员表示，memristor可记忆过去的资料收集方式，并用於未来的指令判断，其功 能类似人类大脑的搜集、理解模式。举例来说，未来的微波炉可以自行依过去经验，判断 不同食物的微波时间长短。这种模仿生物智慧的电脑，不但能够提升运作效能，也可用於 脸部辨识等复杂任务。 忆阻器的应用可能使未来的行动电话一次充电就能使用数周之久，个人电脑启动加速，笔 记型电脑电池用光後仍能保留刚用的资料很久。这项技术几年後也可能挑战快闪记忆体技 术。 ------------------------------------------------------------------------------ 电路有记忆 华裔学者40年前预测成真 【联合报╱编译张佑生／报导】 2008.05.02 03:00 am 基础电子学教科书列出三个基本的被动电路元件：电阻器、电容器和电感器。任教於柏克 莱加州大学，并且是新竹交通大学电子工程系荣誉教授的蔡少棠，近40年前就预测有第四 个元件的存在，即忆阻器（memristor），实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器。 惠普公司（Hewlett-Packard Co.）实验室的研究人员最近证明忆阻器的确存在，研究论 文在1日的「自然」期刊发表。科学家希望能帮助制造出储存更多资讯、更省电的记忆晶 片，优於今日个人电脑和其他数位装置使用的记忆晶片。 柏克莱加州大学电机工程和电脑科学系教授蔡少棠，1971年发表「忆阻器：下落不明的电 路元件」论文，提供了忆阻器的原始理论架构，推测电路有天然的记忆能力，即使电力中 断亦然。惠普实验室的论文则以「寻获下落不明的忆阻器」为标题，呼应前人的主张。 蔡少棠接受电话访问时表示，当年他提出论文後，数十年来不曾继续钻研，所以当惠普实 验室人员几个月前和他联系时，他吃了一惊。 现年71岁，就快退休的蔡少棠笑着说：「我从未料想到有生之年竟然能看见忆阻器的存在 获得证明。我之所以感到万分高兴，是因为这证明了我的研究不是个人的想像，而是基础 的原理。我能预见各式各样的新科技，感觉非常兴奋。」 忆阻器可使手机将来使用数周或更久而不需充电；使个人电脑开机後立即启动；笔记型电 脑在电池耗尽之後很久仍记忆上次使用的资讯。忆阻器也将挑战手持电子装置目前普遍使 用的快闪记忆体，因为它具有关闭电源後仍记忆资讯的能力。利用惠普公司这项新发现制 成的晶片，将比今日的快闪记忆体更快记忆资讯，消耗更少电力，占用更少空间。 美国圣母大学电机工程系教授波洛德说：「忆阻器看起来肯定前景光明。能否大规模应用 ？是否将比目前的快闪记忆体好上100倍，还是1,000倍，目前还很难说。」惠普实验室量 子科学研究的团队主任威廉斯预期，这项技术商业化的速度将会很快。 ------------------------------------------------------------------------------ 惠普 记忆晶片技术大突破 惠普公司的科学家30日发表报告说，惠普已设计出一种简单的电路元件，可用以模仿生物 功能，制造出体积极小而功能强大的电脑。这种称作「忆阻器」（memristor）的元件， 可用於制造密度极高的电脑记忆晶片，只需消耗远比今日记忆体晶片低的电力。 惠普公司的科学家30日发表报告说，惠普已设计出一种简单的电路元件，可用以模仿生物 功能，制造出体积极小而功能强大的电脑。 这种称作「忆阻器」（memristor）的元件，可用於制造密度极高的电脑记忆晶片，只需 消耗远比今日记忆体晶片低的电力。 忆阻器是具有记忆特性的电阻器，也可能用以制造高阶逻辑电路，如场效可程式闸矩阵（ FPGA）元件。忆阻器更大的潜力则是用以存取庞大的中介资料，而不限於传统晶片存取的 二进位资料。忆阻器这方面的功能有如生物突触，因此可用於多种形式的人工智慧。 独立研究者说，忆阻器可能很快就能应用在电脑记忆体，但其他应用将较具挑战性。通常 科技应用要在取代旧科技的成本效益很显着时，才会商业化。 惠普量子科学研究部主任威廉士表示，惠普正加紧发展步调，这项科技应该很快可以商业 化。 忆阻器的概念最早在1971年由柏克莱加州大学的华裔科学家蔡少堂提出。他近日接受访问 时表示，已经数十年未研究这项技术，惠普研究人员数个月前连络他，让他大感惊喜。 蔡少堂发表的原始理论以「忆阻器———失落的电路元素」为标题，预测基本电子理论中 除了电阻、电容、电感三种元素外，应该存在第四种元素。惠普研究小组在自然期刊（ Nature）发表的报告，则以「寻获失落的忆阻器」为标题。 忆阻器的应用可能使未来的行动电话一次充电就能使用数周之久，个人电脑启动加速，笔 记型电脑电池用光後仍能保留刚用的资料很久。这项技术几年後也可能挑战快闪记忆体技 术 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 61.229.169.211 ※ 编辑: bsd44lite 来自: 61.229.169.211 (06/14 04:41) ※ luby:转录至看板 CJSHS92-309 06/14 06:28 -- 台湾有些病人或病患家属又欢颠又没病德，常漠视或违背医护人员的建议， 却听信来路不明的偏方，还会指使医生该怎麽作该怎麽作。 不信任医师、不相信专业、更瞧不起白衣天使， 但又常把医生当神，认为医生没有医不好的病， 若到病况变严重或是致死，就先入为主认为医生一定有错， 向检警单位提告医师业务过失，如果败诉又说司法不公。 这种病患都去死了算了！ --

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