ممریستور (Memristor) و حافظه مقاومتی چیست؟

ممریستور (Memristor) مخفف چه واژه‌ای است؟

ممریستور [1] ، مخفف واژه Memory Resistor به معنای حافظه مقاومتی (Memristor) است (شکل 1). از لحاظ سخت‌افزاری، یک ابزار میکروسکوپیک است که می‌تواند شرایط الکتریکی ماقبل خود را حفظ کند و با این ترفند می‌توان، حافظه موقتی را حتی پس از قطع جریان برق، حفظ کرد. اگر مقاومت را همچون لوله آب و آب را بار الکتریکی در نظر بگیریم. میزان مقاومت با قطر لوله نسبت عکس خواهد داشت. در ادامه در مورد ReRAM نیز صحبت خواهیم کرد.

شکل1 نمونه‌ای از یک مقاومت متغیر ممریستور

مزایا استفاده از حافظه های مقاومتی (Memristor)

تاکنون مقاومت ها، قطر لوله ثابتی داشته‌اند

اما ممریستور مانند لوله ای است که قطرش با میزان و جهت جریان تغییر می‌کند

اگر جریان در جهت موافق باشد قطر لوله بیشتر و اگر در جهت مخالف باشد قطر لوله کمتر می‌شود

همچنین اگر جریان قطع شود، قطر لوله تا برقراری مجدد جریان ثابت می‌ماند.

این ویژگی‌های منحصر به فرد سبب شده، ساخت ممریستور نوید تحولی بزرگتر از تحول اختراع ترانزیستور در قرن بیستم بدهد.

ممریستور به عنوان حافظه های غیر فرار می‌باشند و با قطع جریان برق، داده‌ها از دست نخواهند رفت.

از طرفی همانند حافظه‌های SRAM نیازی به کنترل‌کننده‌های بازیابی نخواهند داشت (SRAM چیست؟)؛ حافظه های ممریستوری از جنس حافظه های مقاومتی می‌باشد. عمدتا حافظه‌های ممریستور، حافظه های مقاومتی با دسترسی تصادفی می‌باشند که به آن RRAM (آر.رَم) [2] می‌گویند که به این حافظه‌ ReRAM نیز می‌گویند. مقالات و کتب علمی عموما به آن‌ها حافظه های RRAM می‌گویند.

به بیان دیگر حافظه‌های ReRAM حافظه های مقاومتی می‌باشند که از المانی به نام ممریستور استفاده شده است؛

این المان شبیه یک مقاومت متغیر می‌باشد که در ولتاژ‌های اعمال شده مختلف، مقاومت‌ آن تغییر می‌کند.

در بعضی از مقالات در مورد استفاده از این حافظه‌ به جای حافظه های دیگر مثلا به جای حافظه‌ها‌ی DRAM ِخارج از تراشه صحبت شده است و در بعضی دیگر از مقالات، استفاده از این حافظه به عنوان یک حافظه‌ی کمکی برای دیگر حافظه‌ها پیشنهاد شده است (DRAM چیست؟). اما در بعضی از همین مقالات ارائه شده از حافظه‌ی ReRAM (یا المان ممریستور) به عنوان یک حافظه‌ی بر تراشه (یا به عنوان یک المان داخل تراشه) اشاره شده است. به عنوان مثال استفاده از ممریستور در تراشه‌های نرومورفیک [3] پیشنهاد شده است و المان ممریستور در نقش سیناپس [4] در محاسبات نورمورفیک عمل  می‌کند.

تراشه های نورمورفیک چیست؟

توسعه تراشه‌های جدیدی موسوم به نرومورفیک، عملکردشان شباهت زیادی با کارکردهای مغز دارد. این تراشه‌ها همانند مغز از یکسری سیناپس‌ها و یکسری نرون‌ها تشکیل شده‌اند. به عبارتی دیگر این تراشه‌ها همانند مغز، یادگیری انجام می‌دهند وتوانایی تصمیم‌گیری در شرایط مختلف را دارند. در واقع این تراشه‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بتواند در حوزه‌ی یادگیری ماشین [5] بهترین عملکرد را داشته باشند و بصورت بهینه کار کند. سیستم‌های یادگیری ماشینی کنونی بر پایه یادگیری عمیق استوار [6] هستند که نیازمند الگوهای یادگیری تهیه شده از مجموعه های عظیم دیتاست و آن دیتاها نیز با استفاده از خوشه های بزرگ کامپیوتری گردآوری و تهیه شده اند اما در این نوع تراشه‌‌های جدید نیازی به الگوی خاصی نیست و خود چیپ اطلاعات لازم را یاد می‌گیرد. از انواع آن مي‌توان به :

پهپادهای خودکار و ماشین هایی که خود را با شرایط محیطی وفق می‌دهند؛ دوربین هایی که به دنبال اشخاص گم شده می‌گردند و یا چراغ‌های راهنمایی و رانندگی که بسته به حجم ترافیک رفتار خود را تغییر می‌دهند همگی از جمله این محصولات هستند.

در مقاله‌ی بعدی بیشتر در مورد تراشه‌های نورمورفیک بیشتر صحبت خواهیم کرد.

زیرنوشت

[1] Memristor

[2] Resistive Random Access Memory (RRAM)

[3] Neuromorphic

[4] Synapses

[5] Machine learning

[6] Deep learning