EEPW论坛

忆阻器取代晶体管引全球技术竞赛 中国严重落后

 

     忆阻器的英文 Memristor 来自「Memory（记忆）」和「Resistor（电阻）」两个字的忆阻器合并，从这两个字可以大致推敲出它的功用来。最早提出忆阻器概念的人，是华裔的科学家蔡少棠，当时任教于美国的柏克莱大学。时间是 1971 年，在研究电荷、电流、电压和磁通量之间的关系时，蔡教授推断在电阻、电容和电感器之外，应该还有一种组件，代表着电荷与磁通量之间的关系。这种组件的效果，就是它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。用常见的水管来比喻，电流是通过的水量，而电阻是水管的粗细时，当水从一个方向流过去，水管会随着水流量而越来越粗，这时如果把水流关掉的话，水管的粗细会维持不变；反之当水从相反方向流动时，水管就会越来越细。因为这样的组件会「记住」之前的电流量，因此被称为忆阻器。

       目前，国内忆阻器研究仍处于“自由探索”阶段，不仅力量分散，而且主要集中于理论层面和计算机仿真。受研究条件所限，真正物理实现尚不多见。

       5年前《自然》杂志的一篇论文，让“忆阻器”三个字广为人知。这一被美国加州大学伯克利分校教授蔡少棠于1971年预言存在的第四种基本电路元件，在经历晶体管时代漫长的“下落不明”后，被惠普实验室首先“找到”，轰动了全球电子学界。

        然而5年过去了，尽管每年都有关于忆阻器机理和应用的重要进展问世，来自中国的声音却鲜有耳闻。

不久前，蔡少棠应邀到访国防科技大学。这位华裔科学家发出提醒：忆阻器绝不只是一个理论模型，而是“实实在在的”。

       “忆阻器带来的变革，将在世界电子科技领域引发一场基础性的影响重大的竞赛。如果再不加以重视，惠普一家公司就足以打败我们。”国防科技大学电子科学与工程学院教授徐晖对记者如是说。

        越来越多科学家认为，最迟至2020年，见证半导体工业长达半个世纪进化的“摩尔定律”将迎来物理极限大考。石墨烯被认为是替代硅最有前途的材料，但究竟哪种元器件堪当此大任，科学家仍在寻找。

       2012年，美国电气和电子工程协会邀约3位国际知名学者共同撰写了一篇长文《超越摩尔》，其中专章讲述了忆阻器。这引起了中科院计算技术研究所研究员闵应骅的注意，他在科学网上连续发表5篇博文进行译介。

      闵应骅告诉记者，未来半导体工业有可能从“硅时代”进入“碳时代”，而忆阻器这种可记忆电流的非线性电阻，凭借其优越的特性，将成为未来极有希望的存储元件。

       不只是存储。2010年惠普实验室再次宣布，忆阻器具有布尔逻辑运算的功能，这一发现震动了计算机学界。曾领衔研制“天河”系列超级计算机的国防科技大学科研人员在跟踪调研后认为，“理论上可以通过忆阻器完全替代现在所有的数字逻辑电路”。

       “在很大程度上，我同意忆阻器有可能代替晶体管这种说法，其自动记忆能力和状态转换特性，还将推动人工智能和模拟存储的发展。”西南大学电子信息工程学院教授段书凯认为。

       与蔡少棠之间的学术渊源，使段书凯成为国内最早开展忆阻器非线性系统研究的学者之一。

       华中科技大学微电子学系教授、长江学者缪向水则表示，忆阻器的确具有给微电子领域带来强大变革的能力，但要彻底取代晶体管，目前看来还不太现实。

       “还不太现实”的一个重要原因，在于忆阻器的实际应用还有许多技术问题有待研究。不过几乎所有受访者均认为，这正是一个历史机遇，我国研究者应有所作为。