忆阻器定义未来计算机架构

　　6月11日，惠普在其每年一度的Discover大会上宣布了惠普机器（The Machine）计划。惠普公司CEO惠特曼在主题演讲中称，惠普正从零开始建立起一种新的计算方式，构建全新计算机a架构。

　　惠普机器主要由忆阻器存储、硅光子通信、专用处理器和定制化操作系统构成，而最具革命性创新的核心技术在于忆阻器。按惠普时间表，惠普机器将于2019年投放市场。

　　按照经典电子学理论，无源器件只有电阻、电容和电感三种。1971年，美国加州大学伯克利分校教授蔡少棠发表论文，通过理论研究推断存在第四种无源器件：忆阻器（memristors）。忆阻器的电阻值随电流增加而减小，电流停止，电阻就停在当前值，且不消失。直到接到反向电流，电阻值才会增加。测得电阻值便可知之前的电流数值，蔡少棠将这种具有记忆功能的无源器件称之为忆阻器。

　　2008年，惠普实验室研究人员发表题为《寻获下落不明的忆阻器》的论文。惠普研究人员发现，将二氧化钛薄膜置于两个电极之间，其电学特性与蔡少棠所述忆阻器一致。

　　忆阻器的发现产生了强烈震撼，评论认为是自发明晶体管以来电子学最重要的发现。单个忆阻器物理尺寸仅3纳米见方，状态转换时间约为0.1纳秒，与DRAM相当。忆阻器可制成阵列并多层堆叠，如将其作为存储，每平方厘米容量可达100GB，每立方厘米容量可达1000TB。作为存储，其存储密度、功耗、读写时间远远胜过闪存。而存储密度甚至可与磁性存储相媲美。

　　忆阻器不仅能用于存储，还能进行二进制布尔运算，有望开发出融存储与处理于一体的新型器件。国防科技大学专家称，理论上忆阻器可以完全替代现在所有的数字逻辑电路。业界普遍认为，10纳米为摩尔定律的极限，且当前半导体技术已逼近该极限。忆阻器只有3纳米，且有完全不同的电学特性，是摩尔定律失效后最重要的技术方向，其现实意义远大于量子计算、碳纳米器件和生物计算。

　　根据公开的资料看，惠普机器与传统体系结构上最大的不同是采用忆阻器存储体，替代传统的RAM、闪存、磁盘，将外存与内存合一。系统的多核处理器以硅光子通信方式连接忆阻器存储体。硅光子通信经过多年的发展已相对成熟，其数据传输速度比传统方式快100倍，且更为节能。

　　在发布会上，惠普给出了忆阻器系统的一些关键数据。每机架的存储容量可达160PB，一部手机的容量可达100TB，数据传输速率可达每秒6TB。在能耗方面，惠普称当前性能最高的7300个SPARC节点的富士通系统能耗为12600KW，而性能与之相当的惠普机器能耗仅为160KW。

　　基于忆阻器的新型计算机架构将从根本上改变当前的用户体验。启动时不需要将数据从磁盘等存储介质向RAM加载，手机、平板、笔记本电脑等都可实现加电即可用。由于不分内存外存，因此掉电不会丢失任何数据。在现有系统中，存储仍是能耗大户，由于忆阻器功耗极低，这一块能耗有望大大降低，有媒体评论指出，手机一周充电一次已不再是梦想。

　　据美国《商业评论》报道，惠普实验室已投入73%的力量开发惠普机器。对于目前处境艰难的惠普而言，完成忆阻器及其系统的研发并不轻松。然而这并不重要，重要的是忆阻器技术打开了我们通往未来的一扇大门。

　　老鬼阿定

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