ديگر همه مي‌دانيم که ايده ممريستور در دهه هفتاد مطرح شده و سال 2008 نيز در مرکز تحقيقات اچ‌پي به مرحله عمل رسيده است؛ عنصر غير فعال دو سري که مانند مقاومت، خازن و سلف (سيم پيچ) به عنوان عنصر پايه در مدارات الکتريکي مطرح شده است و سرنوشتي همچون ترانزيستور در انتظار آن است. نکته جالب اين‌که اگر خود را در چند سال آينده تصور کنيم و به گذشته هم نگاهي بياندازيم، شايد از اين همه هيجان و ابراز شگفتي خود، شگفت زده شويم. اما باور کنيد، هم اکنون چيزي بيش از اختراع ترانزيستور در حال روي دادن است. ترانزيستور، با همه انقلابي بودنش، يک عنصر پايه دوسر غير فعال به حساب نمي‌آيد و در ترکيب با عناصر پايه‌اي که در بالا به آن‌‌ها اشاره شد، تغييرات وسيعي در زندگي بشر پديد آورد. اما اکنون با يک انقلاب تمام عيار مواجه هستيم که خود عنصري پايه در مدارات محسوب شده و اختراع (يا کشف) آن مي‌تواند به منزله اختراع (يا کشف) يک حرف جديد در الفباي يک زبان به شمار آيد. به همين دليل، تمام دانش مهندسي برق با استفاده از حروف قبل و اين حرف جديد، قابل بازنويسي است.با اين اوصاف، بايد گفت که در آيند‌ه‌اي نه چندان دور، مهندسان برق و کامپيوتر بايد آنچه را که تاکنون خواند‌ه‌اند، به‌طوکلي مورد تجديد نظر قرار داده و خود را آماده ورود به دنياي جديد کنند. مؤلفان کتاب‌هاي درسي دانشگاهي و اساتيد مختلف نيز به آرامي خود را آماده دنياي نوين مهندسي برق با اين المان جديد مي‌کنند.اما اين همه جار و جنجال براي چيست؟ واقعاً چه چيزي در پس اختراع ممريستور نهفته است؟ ممريستور به چه درد مي‌خورد؟ و چه تأثيري در آينده خواهد گذاشت؟
به احتمال، تاکنون درباره ممريستور، فايده‌ها و تاريخچه ساخت آن و اين‌که عنصر چهارم پايه مدارات الکترونيکي است، بسيار شنيده‌ايد، اما درباره موارد کاربردي آن در آينده کم مي‌دانيد. با گشتي در اينترنت نيز به سادگي مي‌توان دريافت که ميزان اسناد و اطلاعات موجود در زمينه کاربرد‌هاي ممريستور، بسيار کمتر از تاريخچه و چگونگي اختراع آن توسط اچ‌پي است. به طور كلي، کاربرد‌هاي ممريستور را مي‌توان به دو بخش تقسيم کرد: بخش اول، کاربرد مستقيم ممريستور در مدارات ديجيتال و جايگزيني آن به عنوان عنصر مهمي از مدارات ديجيتال و حذف انواع گيت‌‌ها و اتصال‌ها است. در اين حالت، کوچکي، سرعت بالا و انرژي مصرفي کم آن مورد توجه قرار مي‌گيرد. بخش دوم کاربرد ممريستور، استفاده از آن در مدارات جديد و معماري‌‌هاي جديد و انقلابي است که به شدت آينده سيستم‌‌هاي الکترونيکي را تحت‌تأثير قرار داده و دانشي جديد را پديد خواهد آورد. در اين حالت، علاوه بر قابليت‌‌هاي کوچک، سرعت بالا و انرژي مصرفي کم، خصوصيات ذاتي ممريستور و شباهت آن با سيناپس‌‌ها نقش پررنگ‌تري دارد و مدارات منطقي و الکترونيکي را کاملاً متحول خواهد کرد.

تحول در فناوري ذخيره سازي
 

يکي از مهم‌ترين کاربرد‌هاي ممريستور که در بخش اول دسته‌بندي مي‌شود، ارائه راهکار‌هاي جديد و جايگزيني فناوري‌‌هاي موجود ذخيره سازي از جمله DRAM است. همان‌طور که مي‌دانيد، در کامپيوتر‌هاي امروزي با قطع انرژي الکتريکي، تمام محتويات حافظه DRAM پاک شده و براي بازيابي سيستم، فرآيند زمان بر، کند و انرژي بر Boot-Up اجتناب ناپذير است.
در عوض، کامپيوتر‌هاي مبتني بر ممريستور با قطع برق، اطلاعات خود را از دست نخواهند داد و به ميزان قابل توجهي در زمان و انرژي صرفه جويي مي‌کنند. به همين دليل، شايد روزي بتوان کامپيوتر خود را مانند يک لامپ روشن کرد. به علاوه، استفاده از ممريستور در دستگاه‌‌هايي مانند کامپيوتر‌هاي همراه، گوشي‌‌هاي موبايل، پخش‌کننده‌‌هاي همراه، دستگاه‌‌هاي بازي و... در زمينه افزايش عمر باتري و کاهش مصرف انرژي تأثير به‌سزايي خواهد داشت. اين در حالي است که ممريستور‌ها بسيار سريع‌تر از فناوريDRAM هستند و از نظر اندازه نيز کاملاً نسبت به آن برتري دارند. براي واضح شدن موضوع، بهتر است بدانيد که نمونه اوليه ساخته شده توسط اچ‌پي، صدگيگابيت در سانتي متر مربع گنجايش دارد، در حالي که فناوري‌‌هاي کنوني حافظه‌‌هاي فلش داراي تراکم حداکثر شانزده گيگابيت در سانتي متر مربع هستند.
با اين حال، اچ‌پي عنوان کرده که توانايي بهبود در ساختار موجود و ايجاد تراکم يک ترابيت در سانتي‌متر مربع را نيز دارد. به تمام شگفتي‌‌هاي بالا، اين را هم بيافزاييد که ممريستور‌ها، علاوه بر امکان ذخيره‌سازي صفر و يک در دنياي ديجيتال، با توجه به ماهيت آنالوگ خود، مي‌توانند حالات بي‌شماري را ذخيره کنند. با فرض اين‌که يک ممريستور توانايي ذخيره سازي 256 حالت مختلف را داشته باشد، توانايي ذخيره‌سازي سيستم‌‌هاي ما با دو به توان هشت برابر بيشتر مي‌شود.

پردازش سيگنال با ممريستور
 

يکي از مزاياي ممريستور در الکترونيک، امکان پيکربندي آن است. اين قابليت، اجازه مي‌دهد تا ممريستور‌ها بتوانند به راحتي جايگزين المان‌‌هاي پيچيده و ترکيبي سوييچينگ در مدارات الکترونيکي شوند. در آينده، مي‌توان با ترکيب ممريستور و فناوري نانو سيم‌‌هاي Crossbar ساخت اچ‌پي، سيستم سوييچينگ جديد، سريع‌تر، ساده‌تر و کوچک‌تري را نسبت به مدل‌‌هاي پيشين ساخت که تحولي بزرگ در پردازش سيگنال‌‌ها به وجود خواهند آورد. با اين روش، حجم بزرگي ‌از پردازش‌هايي که به‌صورت ديجيتال (نرم افزاري) روي سيگنال‌‌ها انجام مي‌شود، به سادگي و به وسيله واحد‌هاي کوچک سخت‌افزاري (با انعطاف بالا) اجرا شده و از اين طريق، در حجم دستگاه‌‌ها، مصرف انرژي و توان محاسباتي مورد نياز به ميزان بسيار زيادي صرفه‌جويي خواهد شد.
فناوري‌‌هايي که مي‌توان گفت در آينده توسط واحد‌هاي پردازش سيگنال مبتني بر ممريستور متحول خواهند شد، سيستم‌‌هاي ارتباطي از جمله ارتباطات تلفني، ماهواره‌اي، شبکه‌‌هاي کامپيوتري و شبکه‌‌هاي بي سيم خواهند بود. همچنين، سيستم‌‌هاي ضبط صدا و تصوير و امکانات آن‌ها به ميزان قابل توجهي متحول شده و سيستم‌‌هاي تشخيص گفتار و چهره، به شدت پيشرفت خواهند کرد. شکل‌1 يک پردازشگر سيگنال ساده را با استفاده از ممريستور نشان مي‌دهد.

شكل 1
 

محاسبات رياضي
 

همان‌طور که مي‌دانيد سيستم‌‌هاي محاسباتي امروزي، براي انجام محاسبات رياضي از قوانين منطقي باينري و مقادير بيتي صفر و يک براي اجراي اعمال جمع، تفريق، ضرب و تقسيم استفاده مي‌کنند. اگرچه اين تنها روش مورد استفاده براي انجام محاسبات ديجيتال بوده و سابقه خوب خود را در پياده‌سازي عملي نشان داده است، در عين حال معايب بسياري نيز دارد. به‌عنوان مثال، براي انجام محاسبات، داده‌‌ها بايد دائم بين حافظه و واحد ALU رد و بدل شوند که در محاسبات پيچيده و سنگين، اين روش به فرآيندي کند و زمان بر تبديل خواهد شد.
به علاوه، روش‌‌هاي محاسبات ديجيتال امروزي، بر پايه گيت‌‌هاي ديجيتال استوار هستند که خود از ترانزيستور‌ها تشکيل شده‌اند. با توجه به محدوديت‌‌هاي کوچک‌سازي ترانزيستور‌ها، تداوم قانون مور با مشکل مواجه خواهد شد. در اين زمينه، ممريستور‌ها امکان ارائه راه‌حل‌‌هاي جديدي را فراهم مي‌کنند. يکي از اين راه‌حل‌‌ها، استفاده از ممريستور در فرآيند‌هاي محاسباتي است که توسط يکي از محققان اچ‌پي مطرح شده است. اين روش بر پايه معماري منطق برنامه‌پذير ايجاد شده و شبيه طراحي‌‌هاي Reconfigurable computing است. براي استفاده از ممريستور‌ها در محاسبات رياضي، روش‌‌هاي ديگري چون ترکيب مدارات ديجيتال و آنالوگ نيز وجود دارد. به‌عنوان مثال، به شکل2 توجه کنيد. اين سيستم، ترکيبي از ممريستور‌ها را به‌صورت عمودي نشان مي‌دهد که در دو حالت مقاومت بالا و مقاومت پايين (اتصال کوتاه) قرار دارند.

شكل 2
 

ولتاژ Vin کنترل کننده ممريستور‌ها است و با استفاده از آن مي‌توان تعيين کرد کدام ممريستور‌ها روشن باشند. در صورتي که تعداد دو ممريستور در حالت مقاومت پايين باشند، جريان‌هاي ايجاد شده، 2I خواهد بود و الي آخر. اين سيستم، اساساً يک کامپيوتر آنالوگ Unary است که مي‌تواند با ارسال جريان خروجي به يک مبدل آنالوگ به ديجيتال، ميزان عدد باينري محاسبه شده را به‌دست آورد. شکل 3 نمايي از يک سيستم پيچيده‌تر بر مبناي ممريستور را نمايش مي‌دهد. ستون اول عدد 0001 (=1) ، ستون دوم عدد 0010 (= 2) و ستون‌‌هاي بعد نيز به همين منوال. هر سطرِ سيمي‌حاوي يک مقاومتوزن‌دهنده است که ميزان اهميت بيت ‌هايleast significant bit تا most significant bit را مشخص مي‌کنند. با استفاده از ولتاژ Vin مي‌توان ستون‌هاي مختلف (يعني اعداد مختلف) را براي شرکت در عمليات انتخاب کرد. همان‌طور که در عکس مشاهده مي‌کنيد، اعداد ستون اول، پنجم و ششم براي جمع انتخاب شده‌اند.

شكل 3
 

در اين صورت عدد Vin/R توسط ستون اول، عدد Vin/R + Vin/(R/4)=5Vin/R توسط ستون پنجم و عدد Vin/(R/2)+Vin/(R/4)=6Vin/R توسط ستون ششم به جريان خروجي اضافه مي‌شوند. در اين صورت جريان Vin/R+5Vin/R+6Vin/R=12Vin/R به مبدل آنالوگ به ديجيتال ارسال شده و مبدل، با اندازه‌گيري، عدد 1100 (که حاصل جمع 0001+0101+0110 است) را برمي‌گرداند. همان‌طور که مشاهده کرديد، مي‌توانيد با جايگزين کردن واحد‌هاي ممريستوري در کامپيوتر‌هاي ديجيتال، از شر تعداد بسيار زيادي از گيت‌‌هاي منطقي (که خود از تعداد زيادي ترانزيستور تشکيل شده‌اند)خلاص شده و با توجه به حجم بسيار کم ممريستور‌ها (مقياس نانو) به ميزان قابل توجهي در مصرف انرژي و فضاي اشغال‌شده صرفه‌جويي کرده و در عين حال، به سرعتي بالاتر دست يافت. با اين‌که مدار فوق آنالوگ بوده و مانند مدارات ديجيتال از دقت بالا و مقاومت فوق‌العاده در برابر نويز برخوردار نيست، اما مي‌تواند به سادگي براي جمع تعداد زيادي از اعداد به‌کار رود. نکته جالب توجه اين که اين مدار ساده مي‌تواند براي حل مسئله فروشنده دوره‌گرد (مسئله بهينه‌سازي مسير عبور يا کوتاه‌ترين مسير) مورد استفاد قرار گيرد. با مدل کردن شهر‌ها و ايجاد تمام مسير‌هاي ممکن با استفاده از ممريستور‌ها، مي‌توان به محاسبه جريان ايجاد شده نهايي پرداخت و در پايان، حداقل جريان ايجاد شده را انتخاب کنيم. در اين صورت مسير بهينه (کوتاه‌ترين مسير) براي فروشنده دوره‌گرد پيدا مي‌شود. اين هم يکي ديگر از شگفتي‌‌هاي ممريستور است.

مقايسه الگو
 

در سيستم‌‌هاي ديجيتال امروزي، مقايسه بين الگو‌هاي ذخيره شده و الگوي مورد آزمايش در بسياري از کاربرد‌ها از جمله پردازش تصاوير، تشخيص گفتار و آدرس‌دهي حافظه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در بسياري از کاربرد‌هاي کنوني، براي مقايسه الگو‌ها(Pattern Comparison) از گيت‌‌هاي XOR استفاده مي‌شود. براي دستيابي به هدف، نرم‌افزار‌ها با استفاده از گيت‌‌هاي XOR با تعداد محدود در سخت افزار به مقايسه داده‌‌ها مي‌پردازند که حاصلي جز پردازش کند و نتيجه‌اي محدود در الگو‌هاي پيچيده نخواهد داشت. اما آرايه ترکيب صليبي ممريستور‌ها مي‌تواند خلأ موجود بين سخت افزار و نرم‌افزار را پر کند. شکل 4 نمونه‌اي از يک مدار را براي استفاده در زمينه تشخيص الگو نشان مي‌دهد.

شكل 4

منبع:http://www.shabakeh-mag.com
ارسال توسط کاربر محترم سايت : hasantaleb