خداحافظی با ترانزیستورها؛ ممریستورها جهان الکترونیک را متحول می‌کنند
در حال حاضر محققان ETH Zurich در حال همکاری با آی بی ام برای ساخت اولین رایانه مبتنی بر ممریستور هستند؛ رایانه‌ای شبیه به مغز با توان تصمیم گیری و یادگیری.
در سال 1971 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 به کار گرفته شده بودند.
او معتقد بود این مولفه روزی به سه مولفه دیگر یعنی resistor یا مقاومت، خازن و واسطه القای مغناطیسی می پیوندد و نام memristorرا برای آن انتخاب کرد که ترکیبی از دو کلمه حافظه و مقاومت (capacitor و inductor ) محسوب می شود.
اما 37 سال طول کشید تا مهندسان شرکت اچ پی بتوانند این ایده را عملی کرده و اولین memristor را در سال 2008 بسازند. بعد از گذشت چند سال محققان بسیاری به این نتیجه رسیده اند که این کار انقلابی در حوزه رایانه محسوب می شود.
با همه گیرشدن memristor عصر الکترونیک به شکل فعلی به اتمام می رسد و عصر جدیدی آغاز می شود که ionics نام دارد.
ترانزیستورها که در سال 1947 اختراع شدند مولفه اصلی تراشه های رایانه ای محسوب می شوند و با استفاده از جریان الکترون ها عمل می کنند. اما memristor جریان الکترون ها را با یون ها یا همان اتم‌های شارژ شده به طور الکترونیکی همراه می کند.
در نتیجه در صورت قطع جریان الکترون در ترانزیستور به علت قطع برق تمام اطلاعات از دست می رود. اما در memristor میزانی از شارژ باقی می ماند که کماکان جریان می یابد و لذا حتی در صورت قطع برق هم اطلاعات از دست نمی رود.
با این اختراع زمینه برای ساخت رایانه هایی به وجود می آید 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 رایانه ها دیگر در صورت خاموش کردن رایانه پاک نمی شود و حتی نیازی به ذخیره اطلاعات بر روی هارددیسک هم نخواهد بود.
البته memristor ها در مقایسه با ترانزیستورها یک مزیت دیگر هم دارند و آن هم رهایی از محدودیت های کدهای دوتایی یا باینری است.
رایانه هایی شبیه به مغز با توان تصمیم گیری و یادگیری
با استفاده از memristor ها می توان تراشه های حافظه با سرعت بالا ابداع کرد که اطلاعات بیشتری ذخیره می کنند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند. از این طریق رایانه های عادی قدرتمندتر می شوند 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 ETH Zurich ممریستورها مشابه مغز انسان عمل می کنند. بر خلاف ترانزیستورها که مبتنی بر کدهای دوتایی هستند، ممریستورها چند سطحی عمل می نمایند. یعنی به جای اینکه تنها صفر(خاموش) یا یک (روشن) باشند، می توانند صفر، یک دوم، یک چهارم، یک سوم و … باشند. این تحول چشم انداز قدرتمندی در مورد رایانه های نسل جدید در اختیار ما قرار می دهد.
این تحول انقلابی در روش شناسی رشته رایانه به ما امکان ساخت رایانه های هوشمندی را می دهد که بسیار شبیه سیناپس های مغزمان عمل می کنند و تنها محدود به 0 و 1 نیستند. این رایانه های قدرتمند می توانند یاد بگیرند، تصمیم گیری کنند و در نهایت ما را یک گام به خلق هوش مصنوعی مشابه با انسان نزدیک تر کنند.
رهایی از محدودیت رایانه های سیلیکونی
ترانزیستورها مبتنی بر سیلیکون هستند، ماده ای سفت و محکم که از آن برای مدیریت جریان الکترون ها و در نتیجه اطلاعات استفاده میشود.
در سال 1975 گوردون مور یکی از بنیانگذاران شرکت اینتل قانونی مشهور را فرمول بندی کرد که بر اساس آن تعداد ترانزیستورهای یک مدار الکترونیکی تقریبا هر دو سال یکبار دوبرابر می شود.
ثابت شده که این فرمول بندی تا به حال دقیق بوده و این امر موجب رشد مداوم قدرت رایانه ها شده، اما ممکن است این روند به زودی به پایان برسد.
تعداد ترانزیستورهایی که بر روی یک تراشه قابل جاسازی است از محدودیت فیزیکی برخوردار است و در حال حاضر تقریبا به حد نهایی این محدودیت رسیده ایم. لذا هیچ بعید نیست که روزی مجبور شویم از ساخت رایانه های مبتنی بر سیلیکون دست برداریم و به فکر روش جدیدی باشیم.
فناوری ممریستور یکی از گزینه های جایگزینی محسوب می شود، ززیرا کم مصرف است، امکان ذخیره سازی اطلاعات را افزایش می‌دهد و الگوی منطقی تازه ای برای رایانه ها به ارمغان می آورد. ممریستورها به لایه سیلیکونی نیاز ندارند و می توان از مواد متفاوتی به عنوان یک لایه منتقل کننده جریان اطلاعات استفاده کرد. با این کار نسل تازه ای از ریزتراشه ها عرضه می شوند که می توان آنها را به هر چیزی اعم از پنجره ها، لباس ها، فنجان ها و… گنجاند.
در انتظار اولین رایانه ممریستوری
شرکت اچ پی یک سال بعد از ساخت اولین ممریستور چند سالی است که در حال طراحی نوع جدیدی از رایانه های مبتنی بر فناوری مذکور است. انتظار می رود این رایانه های سال 2020 عرضه شوند. این دستگاه که The Machine نام دارد از الکترون ها برای پردازش، فوتون ها برای برقراری ارتباط و یون ها برای ذخیره سازی داده ها بهره می گیرد.
کارشناسان معتقدند از هم اکنون مسابقه ای برای ساخت این نوع رایانه ها درگرفته و به طور قطع آینده متعلق به چنین محصولاتی خواهد بود.
البته فعلا هزینه ساخت چنین رایانه های بالاست ولی سرمایه گذاری در این زمینه به علت کاهش مصرف برق و افزایش ظرفیت ذخیره سازی و همین طور بالا رفتن سرعت پردازش داده ها ارزشمند است. حال باید منتظر ماند و دید رایانه های ممریستوری چه زمانی از راه می رسند.