美國(guó)哥倫比亞廣播公司的《疑犯追蹤》塑造了一個(gè)人物，他設(shè)計(jì)出一種能預(yù)測(cè)恐怖襲擊的機(jī)器。

圖片來源：哥倫比亞廣播公司

普通晶體管的替代者或許能在這個(gè)10年后進(jìn)入市場(chǎng)，這預(yù)示著傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)功能結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)徹底性的重新設(shè)計(jì)。憶阻器——過去6年間大量研究的主題——將成為一系列新設(shè)備的基本構(gòu)件，這些設(shè)備從“物聯(lián)網(wǎng)”內(nèi)部的傳感器和記憶芯片，到科學(xué)家、工程師和華爾街職員用于處理海量數(shù)據(jù)的巨型計(jì)算機(jī)。

今天以及過去的50年里，計(jì)算機(jī)用快速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)由電線（輸出/輸入通道）傳遞到速度較低的永久磁盤存儲(chǔ)器中。憶阻器能夠?qū)?dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（臺(tái)式電腦的隨機(jī)訪問內(nèi)存）和硬盤驅(qū)動(dòng)器或閃存的最佳性能結(jié)合到單一設(shè)備中，以便在電源被切斷時(shí)仍能保存數(shù)據(jù)。

這一理論可追溯到上世紀(jì)90年代末，當(dāng)時(shí)惠普公司高級(jí)研究員StanWilliams建立了該公司的信息和量子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，以便開拓未來20年的計(jì)算技術(shù)。40年來，工業(yè)界不斷制造基于摩爾定律的更小、更便宜的晶體管。英特爾公司創(chuàng)始人GordonMoore在1965年發(fā)布的觀察報(bào)告顯示，能安裝在芯片上的晶體管的數(shù)量大約每?jī)赡昃驮黾右槐丁?/p>

于是，Williams研究團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)越來越小的晶體管，這致使他們考慮當(dāng)設(shè)備縮小到單個(gè)分子大小時(shí)會(huì)發(fā)生什么，以及單個(gè)原子運(yùn)動(dòng)將如何影響其性能。但在這個(gè)尺寸上，研究人員遇到了無法解釋的問題，直到2008年，當(dāng)時(shí)一個(gè)研究小組讀到了加州大學(xué)伯克利分校電氣工程師和計(jì)算機(jī)學(xué)家LeonChua在35年前撰寫的論文。

在論文中，Chua預(yù)計(jì)，憶阻器將變成第四個(gè)電子元件，其他3個(gè)分別是電阻器、電容器和電感器。Williams意識(shí)到，他的研究團(tuán)隊(duì)正在看到Chua的預(yù)測(cè)在二氧化鈦薄膜上實(shí)現(xiàn)。隨后，其他科學(xué)家也加入到探索中來。2012年，HRL實(shí)驗(yàn)室（一個(gè)由通用汽車公司和波音公司共有的研究設(shè)施）宣布首次成功運(yùn)行憶阻器陣列，即利用了用于電子設(shè)備生產(chǎn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）制造工藝。

新舊電子產(chǎn)品運(yùn)行方式存在根本不同。晶體管開關(guān)處于開或關(guān)之間的狀態(tài)，反之憶阻器，就像模擬裝置那樣，能夠處于中間狀態(tài)。開發(fā)商期望憶阻器能更快發(fā)展。2010年，惠普公司預(yù)測(cè)，憶阻器設(shè)備將能在當(dāng)年進(jìn)入市場(chǎng)。但惠普公司實(shí)驗(yàn)室總建構(gòu)師KirkBresniker卻認(rèn)為不太可能。在能夠商業(yè)推出之前，此類設(shè)備還需要更多的研究工作。

惠普公司及其研發(fā)伙伴仍在元素周期表中尋找元素的精確組合，以及能保存完整數(shù)據(jù)的最好憶阻功能的特定生產(chǎn)過程。他們還希望將該技術(shù)與CMOS標(biāo)準(zhǔn)芯片相結(jié)合，這樣一來能以合理成本進(jìn)行大量生產(chǎn)。

同時(shí)，如何建造憶阻器的理念也在持續(xù)演進(jìn)。在6月中旬召開的惠普公司探索會(huì)議上，該公司首席技術(shù)官M(fèi)artinFink概述了一個(gè)簡(jiǎn)單的體系結(jié)構(gòu)，他將其簡(jiǎn)單地稱為“機(jī)器”。它包含一套記憶電路，并利用光導(dǎo)纖維而非銅線連接到高效專用處理器上。

該行業(yè)有若干目標(biāo)處于變化中。憶阻器可以大大提高電子元件的能源效率，并能更好地處理數(shù)據(jù)洪流。對(duì)于這些設(shè)備的發(fā)展而言，一個(gè)必不可少的因素是，計(jì)算能力和儲(chǔ)存密度指數(shù)式增長(zhǎng)的延續(xù)，在過去40年里，這些產(chǎn)品的價(jià)格出現(xiàn)了暴跌。出于類似原因，IBM剛剛宣布將投入30億美元，用于研發(fā)實(shí)驗(yàn)性“后硅”結(jié)構(gòu)和芯片，并預(yù)計(jì)在10年里能出現(xiàn)現(xiàn)存體系的根本性變化。

這些變化將帶來計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的極大變化，以適應(yīng)不再區(qū)分動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和長(zhǎng)期存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)硬件。Bresniker認(rèn)為這種改變是一個(gè)契機(jī)，以拋棄煩瑣的操作系統(tǒng)代碼——這些代碼以前用來適應(yīng)老式硬件的限制。

在惠普公司目前的開發(fā)時(shí)間表中，憶阻器將于2015年進(jìn)入最早期生產(chǎn)階段，并于2016年啟動(dòng)雙列直插內(nèi)存模塊用于計(jì)算機(jī)內(nèi)存。用于“機(jī)器”的操作系統(tǒng)將在2017年進(jìn)入公開測(cè)試階段，2019年，新體系結(jié)構(gòu)將被用于實(shí)際產(chǎn)品。即便這些計(jì)劃都未成功，Bresniker也認(rèn)為，這樣的嘗試是值得的：“每一個(gè)部分都是有趣的。拔出銅且裝上纖維將更有效，即便是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和記憶體制中也是如此。我們需要替換記憶技術(shù)。”

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