44 年過去了，看看記憶電阻如何變革電子工業

1971年，物理學家Leon Chua提出了第四種集成電路基本構成元素的概念。他相信，由於對稱性的存在，新的組件會被創造出來，加入到既有的三種構成元素——電阻器、電容器和感應器——當中。當時，他為這樣一種新的存在起名為“記憶電阻（memristor）”，英語單詞memory和resistor的混成詞。
37年後，第一個記憶電阻被惠普公司生產出來。而今天，研究者相信記憶電阻將在計算機領域掀起一場革命。

從電子到離子

記憶電阻的出現預示着“電子時代”的結束和“離子時代”的開始。

自從1947年被髮明後，晶體管一直是製作計算機芯片的主要材料。晶體管通過電子的流動發揮功能，而一旦電子的流動被阻斷時——比如遇到電力中斷的情況——所有的信息都會丟失。

而記憶電阻能夠產生並維持一股安全的電流通過某個裝置，“記憶”先前通過的電荷量。這樣的特性使得配置記憶電阻的計算機即使突遇斷電，也能不依靠存儲至硬件的方式將信息留存住。另外，記憶電阻特別的一點還在於，相比於晶體管，它可以突破二進制編碼的侷限。
像大腦一樣運作

最初，記憶電阻主要被用作製作極速存儲芯片，它能容納更多的數據但能耗更少。

Jennifer Rupp是一名電子化學材料學專家，即將供職IBM，為其研發基於記憶電阻的機器，她認為，記憶電阻不同於晶體管的一點是，它不再基於二進制編碼——這種計算機方法論上的轉變使得人們可以創造出更智能的計算機。突破了0和1的限制，可以計算0到1之間的數值，同時表示多種狀態，進行高速的數學和邏輯運算，更類似人類大腦的運作模式。這種轉變使得計算機更為強大，並具備了學習和決策的能力，最終推動我們向創造如同人類般的人工智能更進一步。

晶體管由硅製成，這種堅硬的材質由於其特性被用於控制電子的流動，進而管理信息。Gordon Moore，Intel的聯合創始人，曾在1975年提出了著名的摩爾定律，即當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這項定律曾經一次次被證實，也曾為計算機性能更新換代的速率定調。然而，記憶電阻出現後，這樣的規律或許很快便走向終結。

記憶電阻技術為這樣的重大突破埋下了伏筆：記憶電阻意味着硅時代的結束，它的記憶功能使得計算機能夠兼具計算和存儲雙重功能，節省了傳統計算機需要來回進行數據傳輸所耗費的能力，為電腦實現低功耗，高信息處理能力，大容量數據存儲和全新的邏輯模式提供了可能。
競賽還在繼續

2014年，惠普公司發佈了利用記憶電阻製造計算機的計劃，該計算機被命名為“The Machine”。根據計劃，此款計算機將於2020年面世，它將使用電子進行處理，光子進行通訊，並使用離子進行存儲。

如果惠普成功開發出此款計算機，那它便確實引領了一場革命。存儲技術是影響許多計算機應用程序性能發展的瓶頸。存儲器可以做到既快又小，如同處理器上的緩存；存儲器同樣可以做得既慢且大，比如驅動硬盤。在不同的存儲設備間重排數據，併為實現最佳性能，使得正確的數據被放置到正確的位置，是其中最顯著的瓶頸。惠普公司宣稱，通過高速光學互聯與記憶電阻存儲器的結合，數據庫可以在一秒內處理百億個更新程序。

生產的成本在不斷增加，但收益更為誘人：記憶電阻功耗低，而處理速度快，又比其他硅制的微芯片晶體管信息容量大。

如同物理學領域中的微粒一樣，在能夠真正製造出記憶電阻之前，我們必須大量積累理論。而現在，我們已經擁有製造其的能力，這個電子工業中“遺落的第四元素”或許會成為我們通向更多人類發現的鑰匙。
[本文參考以下來源：edition.cnn.com, arstechnica.com, theregister.co.uk]


資料來源：36Kr