據(jù)外媒報道，惠普將于今年11月1日拆分成惠普公司和惠普企業(yè)兩家企業(yè)，其中后者將重點研發(fā)更快、更高效的新型“存儲驅(qū)動”計算架構(gòu)，這款稱作“The Machine”的系統(tǒng)設(shè)備以冰箱大小設(shè)計可以進(jìn)行整個數(shù)據(jù)中心的工作量。

惠普同時承諾，將在明年交付一套基于DRAM的原型機，單托架原型機將擁有2500個CPU核心、以及320TB的內(nèi)存。原本這套原型機打算采用憶阻器方案，但由于后者現(xiàn)階段產(chǎn)能還未超過15%，因此只能采取現(xiàn)階段主流的DRAM來進(jìn)行鋪墊，而這一方案的后果就是惠普必須為所有的DRAM保持通電狀態(tài)，以保證存儲的數(shù)據(jù)不會丟失。

這么看起來，憶阻器似乎又是個“黑科技”的存在，那么它到底是什么呢？想要了解這一點，還得從惠普的“The Machine”說起。

“The Machine”是什么？

“The Machine”是惠普于去年提出的一項旨在推翻1940年建立的電腦開發(fā)設(shè)計理念的計劃，出自惠普實驗室，將研發(fā)全新的計算機和操作系統(tǒng)，而且不同于傳統(tǒng)計算機以CPU為中心，同時疊加多層內(nèi)存和存儲層，其中訪問速度更快的內(nèi)存用于保存臨時性的數(shù)據(jù)，訪問速度較慢的硬盤則用于保存永久性的電腦數(shù)據(jù)的方案，惠普將拋棄內(nèi)存和硬盤單獨設(shè)置的做法，統(tǒng)一采用一種存儲設(shè)備。

在此之前，計算機每次運行軟件和程序，都要先把數(shù)據(jù)從硬盤傳輸?shù)剿俣雀斓膬?nèi)存中，這種數(shù)據(jù)的來回“搬運”會影響到電腦的運行，如果這種“搬運”行為被取消的話，則就能夠大大提升電腦的處理速度，惠普將這種以內(nèi)存池為中心架構(gòu)稱作“通用內(nèi)存”。

同時，這套系統(tǒng)還可以附加其它任何部件，如CPU核心、GPU、網(wǎng)絡(luò)接口、以及專用處理單元等，因此，惠普必須在硬件方面達(dá)到一個全新的水平，這其中，憶阻器就是實現(xiàn)替代和融合內(nèi)存與硬盤，以及實現(xiàn)停電之后保存數(shù)據(jù)的關(guān)鍵元件。

憶阻器是什么？

憶阻器全稱“記憶電阻器”，最早由加州大學(xué)伯克利分校華裔科學(xué)家蔡少棠于1971年提出在其發(fā)表的題為《憶阻器：下落不明的電路元件》的論文中，蔡少棠預(yù)測自然界存在第四種電路元件，并稱之為憶阻器，在此之前，世界上三種基本的無源電路元件：電阻器、電容器和電感器。

簡單來說，憶阻器是一種有記憶能力的非線性電阻，其通過控制電流變化可以改變電阻值，如果斷電的話，它的電阻仍然會停留在之前的值，直到接受到反向的電流它才會被推回去。因此，即便過程中電流中斷，其中的數(shù)據(jù)也不會丟失。

但在其預(yù)測憶阻器之后，蔡少棠本人并沒有繼續(xù)展開研究，因為當(dāng)時難以找到什么材料來證明憶阻器的效果是存在的，更主要的是，也并沒有多少人對此予以重視——此后，惠普在誤打誤撞的情況下，成為了憶阻器的“發(fā)現(xiàn)”者。

當(dāng)時，惠普正在研發(fā)一項希望利用納米技術(shù)，以電阻代替三極管作為基本單元來發(fā)明一種更高密度的存儲器的方案。而當(dāng)時惠普并不知道，自己所希望發(fā)明的存儲器，其實就是憶阻器。在對各種材料都進(jìn)行過測試后，惠普實驗室信息與量子系統(tǒng)實驗室主任斯坦·威廉姆斯的團隊發(fā)現(xiàn)其中一項結(jié)果與蔡少棠論文中預(yù)測憶阻器很相似——而這項材料就是二氧化鈦，當(dāng)時他們發(fā)現(xiàn)，一塊極薄的二氧化鈦被夾在兩個電極中間，這些二氧化鈦又被分成兩個部份，一半是正常的二氧化鈦，另一半進(jìn)行了“摻雜”，少了幾個氧原子。因此“摻雜”的那一半帶正電，電流通過時電阻比較小，而且當(dāng)電流從“摻雜”的一邊通向正常的一邊時，在電場的影響之下缺氧的“摻雜物”會逐漸往正常的一側(cè)游移，使得以整塊材料來言，“摻雜”的部份會占比較高的比重，整體的電阻也就會降低。反之，當(dāng)電流從正常的一側(cè)流向“摻雜”的一側(cè)時，電場會把缺氧的“摻雜物”從回推，電阻就會跟著增加。因此，整個器件就相當(dāng)于一個滑動變阻器一樣。

雖然二氧化鈦實現(xiàn)憶阻器效果的特性并非是惠普首度發(fā)現(xiàn)的，但卻由于惠普從事的研究的關(guān)系，才第一次被發(fā)現(xiàn)這就是憶阻器。

2008年，由斯坦· 威廉姆斯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《自然》雜志以《尋獲下落不明的憶阻器》為標(biāo)題發(fā)表論文，首度證實了憶阻器確實存在，而且成功實現(xiàn)了世界首個能工作的憶阻器原型。此后的2010年，惠普宣布與SK海力士合作，共同研發(fā)憶阻器記憶裝置，同年，斯坦·威廉姆斯稱，發(fā)現(xiàn)憶阻器可進(jìn)行布爾邏輯運算，這一發(fā)現(xiàn)震動了整個行業(yè)，因為這意味著憶阻器理論上可以完全替代現(xiàn)在所有的數(shù)字邏輯電路。

電子工業(yè)的元件革命

憶阻器能夠適用的產(chǎn)業(yè)非常廣泛，但其最基礎(chǔ)的應(yīng)用就是非易失性阻抗存儲器（即RRAM），相比較目前主流的動態(tài)隨機存儲器（DRAM）和閃存（Flash Memory）相比，憶阻器的能耗更低，且斷電后仍能保存數(shù)據(jù)。具體來看，就是無論用戶關(guān)機還是全局?jǐn)嚯?，只要用戶下一次打開計算機還能回到之前的狀態(tài)

而也有科學(xué)家在嘗試?yán)脩涀杵鳂?gòu)造仿生類大腦功能的硬件，以實現(xiàn)硬件的“學(xué)習(xí)”和“關(guān)聯(lián)記憶”的功能，也有科學(xué)家在討論電路自已實時調(diào)整自已的狀態(tài)來符合運算需求的可能性。這點，再搭配上憶阻器的記憶能力，代表著運算電路和記憶電路將可同時共存，而且隨需要調(diào)整。這已經(jīng)完全超出了這一代電腦的設(shè)計邏輯，很多人寄希望于其應(yīng)用于更智能的機器人的研發(fā)。

越來越多人認(rèn)為，最遲到2020年，見證半導(dǎo)體工業(yè)長達(dá)半個世紀(jì)進(jìn)化的“摩爾定律”將迎來物理極限大考，目前石墨烯被認(rèn)為是替代硅最有前途的材料，而如果說石墨烯是一場電子工業(yè)的材料革命，那么憶阻器則是一場電子工業(yè)的元件革命。

而據(jù)了解，目前除了惠普，IBM、英特爾等科技巨頭以及英、德、韓等國家也開始涉足了憶阻器的研發(fā)。而在我國，憶阻器的主要研究單位是華中科技大學(xué)。2009年，科技部啟動國際合作項目“憶阻器材料及其原型器件”，華中科技大學(xué)微電子學(xué)系教授、長江學(xué)者繆向水擔(dān)任項目負(fù)責(zé)人。而據(jù)了解，目前華中科技大學(xué)已經(jīng)能夠制備出納米級性能穩(wěn)定的憶阻器原型器件。但總體上來說，國內(nèi)對于憶阻器的研發(fā)還尚處下風(fēng)，如果不給于足夠重視的話，那么未來可能硅谷一家惠普就足以打敗我們。

參考資料：維基百科--憶阻器 、 OFweek百科 

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