ممریستورها، جهان الکترونیک را متحول می‌کنند

در حال حاضر محققان ETH Zurich در حال همکاری با آی‌بی‌ام برای ساخت اولین رایانه مبتنی بر ممریستور هستند؛ رایانه‌ای شبیه مغز با توان تصمیم‌گیری و یادگیری. به گزارش خبرگزاری فارس، در سال ۱۹۷۱ یک فیزیکدان به نام لئون چوآ از وجود مولفه چهارمی در مدارهای الکترونیک خبر داد. این در حالی بود که در آن زمان سه مولفه به‌کار گرفته شده بودند.

او معتقد بود این مولفه روزی به سه مولفه دیگر یعنی resistor یا مقاومت، خازن و واسطه القای مغناطیسی می‌پیوندد و نام memristor را برای آن انتخاب کرد که ترکیبی از دو کلمه حافظه و مقاومت (capacitor و inductor) محسوب می‌شود.

اما ۳۷ سال طول کشید تا مهندسان شرکت اچ پی بتوانند این ایده را عملی کنند و اولین memristor را در سال ۲۰۰۸ بسازند. بعد از گذشت چند سال محققان بسیاری به این نتیجه رسیدند که این کار انقلابی در حوزه رایانه محسوب می‌شود. با همه‌گیرشدن memristor عصر الکترونیک به شکل فعلی به اتمام می‌رسد و عصر جدیدی آغاز می‌شود که ionics نام دارد. ترانزیستورها که در سال ۱۹۴۷ اختراع شدند مولفه اصلی تراشه‌های رایانه‌ای محسوب می‌شوند و با استفاده از جریان الکترون‌ها عمل می‌کنند اما memristor جریان الکترون‌ها را با یون‌ها یا همان اتم‌های شارژ شده به‌طور الکترونیکی همراه می‌کند در نتیجه در صورت قطع جریان الکترون در ترانزیستور به علت قطع برق تمام اطلاعات از دست می‌رود. اما در memristor میزانی از شارژ باقی می‌ماند که کماکان جریان می‌یابد بنابراین حتی در صورت قطع برق هم اطلاعات از دست نمی‌رود. با این اختراع زمینه برای ساخت رایانه‌هایی به وجود می‌آید که می‌توان آنها را مانند لامپ منزل در طول روز ده‌ها بار روشن و خاموش کرد و نگران از دست رفتن اطلاعات نبود. همچنین RAM یا حافظه این نوع رایانه‌ها دیگر در صورت خاموش کردن رایانه پاک نمی‌شود و حتی نیازی به ذخیره اطلاعات روی هارددیسک هم نخواهد بود. البته memristor‌ها در مقایسه با ترانزیستورها یک مزیت دیگر هم دارند و آن هم رهایی از محدودیت‌های کدهای دوتایی یا باینری است.

رایانه‌هایی شبیه مغز با توان تصمیم‌گیری و یادگیری

با استفاده از memristor‌ها می‌توان تراشه‌های حافظه با سرعت بالا ابداع کرد که اطلاعات بیشتری ذخیره و انرژی کمتری مصرف می‌کنند. از این طریق رایانه‌های عادی قدرتمندتر می‌شوند و از توان بیشتری برای پردازش اطلاعات برخوردار می‌شوند. در حال حاضر محققان ETH Zurich در حال همکاری با‌ آی بی ام برای ساخت اولین رایانه مبتنی بر ممریستور هستند. به گفته جنیفر راپ استاد الکترومکانیک این دانشگاه، ممریستورها مشابه مغز انسان عمل می‌کنند. بر خلاف ترانزیستورها که مبتنی بر کدهای دوتایی هستند، ممریستورها چندسطحی عمل می‌کنند؛ یعنی به جای اینکه تنها صفر (خاموش) یا یک (روشن) باشند، می‌توانند صفر، یک دوم، یک چهارم، یک سوم و... باشند. این تحول چشم‌انداز قدرتمندی در مورد رایانه‌های نسل جدید در اختیار ما قرار می‌دهد. این تحول انقلابی در روش‌شناسی رشته رایانه به ما امکان ساخت رایانه‌های هوشمندی را می‌دهد که بسیار شبیه سیناپس‌های مغزمان عمل می‌کنند و تنها محدود به صفر و یک نیستند. این رایانه‌های قدرتمند می‌توانند یاد بگیرند، تصمیم‌گیری کنند و در نهایت ما را یک گام به خلق هوش مصنوعی مشابه با انسان نزدیک‌تر کنند.

رهایی از محدودیت رایانه‌های سیلیکونی

ترانزیستورها مبتنی بر سیلیکون هستند، ماده‌ای سفت و محکم که از آن برای مدیریت جریان الکترون‌ها و در نتیجه اطلاعات استفاده می‌شود. در سال ۱۹۷۵ گوردون مور یکی از بنیان‌گذاران شرکت اینتل قانونی مشهور را فرمول‌بندی کرد که بر اساس آن تعداد ترانزیستورهای یک مدار الکترونیکی تقریبا هر دو سال یک‌بار دوبرابر می‌شود.

ثابت شده که این فرمول‌بندی تا به حال دقیق بوده و این امر موجب رشد مداوم قدرت رایانه‌ها شده، اما ممکن است این روند به‌زودی به پایان برسد. تعداد ترانزیستورهایی که روی یک تراشه قابل جاسازی است از محدودیت فیزیکی برخوردار است و در حال حاضر تقریبا به حد نهایی این محدودیت رسیده‌ایم. بنابراین هیچ بعید نیست که روزی مجبور شویم از ساخت رایانه‌های مبتنی بر سیلیکون دست برداریم و به فکر روش جدیدی باشیم.

فناوری ممریستور یکی از گزینه‌های جایگزینی محسوب می‌شود، زیرا کم‌مصرف است، امکان ذخیره‌سازی اطلاعات را افزایش می‌دهد و الگوی منطقی تازه‌ای برای رایانه‌ها به ارمغان می‌آورد. ممریستورها به لایه سیلیکونی نیاز ندارند و می‌توان از مواد متفاوتی به‌عنوان یک لایه منتقل‌کننده جریان اطلاعات استفاده کرد. با این کار نسل تازه‌ای از ریزتراشه‌ها عرضه می‌شوند که می‌توان آنها را در هر چیزی اعم از پنجره‌ها، لباس‌ها، فنجان‌ها و... گنجاند.

در انتظار اولین رایانه ممریستوری

شرکت اچ پی یک‌سال بعد از ساخت اولین ممریستور چند سالی است که در حال طراحی نوع جدیدی از رایانه‌های مبتنی بر فناوری مذکور است. انتظار می‌رود این رایانه‌ها سال ۲۰۲۰ عرضه شوند. این دستگاه که

The Machine نام دارد از الکترون‌ها برای پردازش، فوتون‌ها برای برقراری ارتباط و یون‌ها برای ذخیره‌سازی داده‌ها بهره می‌گیرد. کارشناسان معتقدند از هم‌اکنون مسابقه‌ای برای ساخت این نوع رایانه‌ها درگرفته و به‌طور قطع آینده متعلق به چنین محصولاتی خواهد بود. البته فعلا هزینه ساخت چنین رایانه‌هایی بالا است ولی سرمایه‌گذاری در این زمینه به علت کاهش مصرف برق و افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی و همین‌طور بالا رفتن سرعت پردازش داده‌ها ارزشمند است. حال باید منتظر ماند و دید رایانه‌های ممریستوری چه زمانی از راه می‌رسند.