圖片：原子力顯微鏡下的一個(gè)有17個(gè)憶阻器排列成一排的簡(jiǎn)單電路的圖像。每個(gè)憶阻器有一個(gè)底部的導(dǎo)線與器件的一邊接觸，一個(gè)頂部的導(dǎo)線與另一邊接觸。這些器件起"記憶寄存器（memory registors）"的作用，每個(gè)器件的電阻取決于通過(guò)每個(gè)器件上的電荷數(shù)量。這幅圖中的這些導(dǎo)線是50nm寬，或總共大約150個(gè)原子寬。圖片由J. J. Yang, HP Labs許可。

這種新組件被叫做憶阻器，或記憶電阻器（memory resistor）。直到今天以前，這種電路元件都只是被Leon Chua寫的一組數(shù)學(xué)方程式描述的，在1971年，Leon Chua是一個(gè)研究非線性電路的工程學(xué)生。Chua知道這種電路元件應(yīng)該存在–他甚至精確地描述了它的特性和它如何工作。不幸的是，他以及其他的工程團(tuán)體都未能搞出符合他的數(shù)學(xué)表達(dá)的物理實(shí)現(xiàn)。

37年后，HP Labs的一組科學(xué)家最終造出了真正的可以工作的憶阻器，因此把第四種基本電路元件加入了電子電路理論，另外三個(gè)廣為所知的是：電容器，電阻器和電感器。

根據(jù)R. Stanley Williams，HP Labs信息與量子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室搞出這個(gè)發(fā)現(xiàn)的四位研究者之一，的說(shuō)法，憶阻器器件的最有趣特征是它可以記憶流經(jīng)它的電荷數(shù)量。

研究者相信這個(gè)發(fā)現(xiàn)將為即開型PC、更高能效的計(jì)算機(jī)和以人類大腦類似方式處理和聯(lián)系信息的模擬式計(jì)算機(jī)鋪平道路。

的確，Chua起初的想法是憶阻器的電阻取決于多少電荷經(jīng)過(guò)了這個(gè)器件。也就是說(shuō)，你能讓電荷以一個(gè)方向流過(guò)，電阻會(huì)增加。如果你讓電荷以反向流動(dòng)，電阻就會(huì)減小。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這種器件在任一時(shí)刻的電阻是時(shí)間的函數(shù)（譯者注：原文為"the resistance of the devices at any point in time is a function of history of the device"）–或多少電荷向前或向后經(jīng)過(guò)了它。那個(gè)簡(jiǎn)單的想法，現(xiàn)在已經(jīng)被證實(shí)，并將對(duì)計(jì)算及計(jì)算機(jī)科學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

"這將導(dǎo)致什么出現(xiàn)是任何人都還無(wú)法想像的，"Williams說(shuō)，"但我們可以想像的是這個(gè)東西本身確實(shí)很酷。"

舉個(gè)例子，Williams說(shuō)這些憶阻器可以用于數(shù)字式開關(guān)（digital switches）或制造新型的模擬器件（a new breed of analog devices）。

相較于過(guò)去，Williams說(shuō)科學(xué)家現(xiàn)在可以考慮構(gòu)造新型的非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）–或當(dāng)計(jì)算機(jī)關(guān)閉后不會(huì)忘記它們?cè)?jīng)所處的能量狀態(tài)的存儲(chǔ)芯片。

那是今天的DRAM所面臨的大問(wèn)題，他說(shuō)。"當(dāng)你關(guān)閉你的PC電源，DRAM就忘記了那里曾有過(guò)什么。所以下次打開計(jì)算機(jī)電源你就必須坐在那兒等到所有需要運(yùn)行計(jì)算機(jī)的東西都從硬盤裝入到DRAM。"
有了非易失性RAM，那個(gè)過(guò)程將是瞬間的并且你的PC會(huì)回到你關(guān)閉時(shí)的相同狀態(tài)。

科學(xué)家也預(yù)想制造其他類型的電路，憶阻器在其中可以用作模擬器件（analog device）。

的確，Leon自己注意到了在他自己預(yù)言的憶阻器的特性與他知道的大腦的突觸之間的相似性。他的一個(gè)建議是你可能用憶阻器做某種類型的神經(jīng)計(jì)算。HP Labs認(rèn)為那確實(shí)是個(gè)非常好的想法。

"制造一個(gè)模擬式計(jì)算機(jī)，在其中不用1和0的，而代之的是用就像明暗不同的灰色之中的幾乎所有狀態(tài)（instead use essentially all shades of gray in between），這是我們正在做的事情中的一件，"Williams說(shuō)。這些計(jì)算機(jī)可以做許多種數(shù)字式計(jì)算機(jī)不很擅長(zhǎng)的事情–比如做決策，判定一個(gè)事物比另一個(gè)大，或甚至學(xué)習(xí)。

當(dāng)前就有許多研究者試圖編寫在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)代碼來(lái)模擬大腦功能，他們必須使用大量的有巨大處理能力的機(jī)器來(lái)模擬僅僅是大腦的很小的部分。

Williams和他的團(tuán)隊(duì)說(shuō)他們現(xiàn)在能用一種不同的方式："不同于寫計(jì)算機(jī)程序來(lái)模擬大腦或模擬大腦的某種功能，我們事實(shí)上依靠構(gòu)造某種基于憶阻器的仿真類大腦功能的硬件，"Williams說(shuō)。

這樣的硬件可以用來(lái)改進(jìn)一些事情，比如臉部識(shí)別技術(shù)，并且使本質(zhì)上從經(jīng)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)的裝置可用，他說(shuō)?；旧?，這也應(yīng)該是比在數(shù)字式計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序要快幾千到幾百萬(wàn)倍。

HP Labs團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果將被公布在一篇今天的《自然》雜志論文中。直到我們可以看到憶阻器真正被用于實(shí)際的商業(yè)器件中，Williams說(shuō)相較于技術(shù)上的限制，限制更多來(lái)自于商業(yè)上。

最終，這個(gè)問(wèn)題將與投入到設(shè)計(jì)憶阻器電路的時(shí)間和努力有關(guān)，他說(shuō)。"投資到電路設(shè)計(jì)上的錢的確比建造工廠多得多。事實(shí)上，你現(xiàn)在就可以用任何工廠來(lái)做這些東西，但是也必須設(shè)計(jì)電路而且目前還沒(méi)有憶阻器的模型。關(guān)鍵是搞出必要的工具并且為憶阻器找到合適的應(yīng)用。這要多久更多的是個(gè)商業(yè)決策問(wèn)題較于技術(shù)問(wèn)題。"

多易