Memistores en chip resuelven ecuaciones diferenciales parciales

Siempre nos han enseñado que los componentes pasivos fundamentales son resistencias, condensadores e inductores. Pero en 1971, [Leon Chua] introdujo la idea de memristor, una especie de resistencia con memoria. HP creó uno en 2008 y desde entonces no hemos tenido la necesidad imperiosa de usar uno. En un artículo reciente de Nature, [Mohammed Zidan] y otros analizan un conjunto de almacenamiento de memoria de 32 por 32 en un chip, al que llaman procesamiento de memoria. Esta computadora analógica en un chip es útil para ciertos tipos de operaciones que las CPU no han afectado históricamente, incluida la resolución de ecuaciones diferenciales. Otras aplicaciones incluyen operaciones matriciales que se utilizan en cosas como el aprendizaje automático y la previsión meteorológica. El periódico está detrás de un muro de pago, aunque los lugares habituales para encontrar revistas científicas probablemente lo tengan pronto.

Hay varias ideas clave para usar estos elementos analógicos para la computación de alta precisión. Primero, la matriz se configura en una disposición de sección transversal pasiva. Además, los valores de la memoria se cuantifican para que diferentes valores de resistencia representen números diferentes. Por ejemplo, un elemento de memristor que podría tener 16 valores de resistencia diferentes le permitiría funcionar como un dígito de base 16.

Una corriente que fluye a través de un memistor genera naturalmente un voltaje proporcional al producto de los tiempos de la corriente de la resistencia; esto es solo la ley de Ohm. La barra transversal realiza una función de suma. Entonces, las entradas aparecen en las filas de la cruz y las columnas obtienen un resultado correspondiente a las entradas multiplicadas por los valores de memoria como coeficientes y luego sumados en la columna. Si prefiere usar voltajes, también puede hacerlo ajustando sus coeficientes (por ejemplo, 2 veces X es lo mismo que X dividido por 1/2). Puede medir la corriente de salida resultante de varias formas, incluida la conversión a voltaje. Según el periódico, el último método parece ser lo que hacen y convertir las corrientes de salida a un voltaje que será leído por un convertidor estándar.

Entonces, de una manera demasiado simplificada, podría pensar en la matriz como un banco de potenciómetros con marcas alrededor de los diales para los dígitos. Los voltajes o corrientes de entrada ingresan en las filas y las columnas suman todas las salidas en esa columna para producir un resultado. La única diferencia es que estos potenciómetros se seleccionan (y reinician) electrónicamente.

Puede que sea un poco simplificado, pero va más allá de la idea básica. Si está intentando manipular el papel, tenga cuidado. Simular un reactor de plasma de argón con ecuaciones diferenciales es una tarea difícil, sin importar qué computadora use.

Las ecuaciones diferenciales tienen una larga historia de soluciones analógicas. Hemos escrito sobre memorias y sus usos en redes neuronales.

  • Ostraco dice:

    Memristor parece grafeno pronto a una solución cercana a usted.

  • BrilaBluJim dice:

    Parece que escribiste sobre lo que se puede hacer con los memristores sin decir realmente lo que hacen. Supongo que puedo vivir con eso, porque Wikipedia está aquí https://en.wikipedia.org/wiki/Memristor.

    ¡Pero espera! Si bien el artículo de Wikipedia reconoce la afirmación de HP de 2008, dice: "Sin embargo, existen serias dudas sobre si el memristor puede existir realmente en la realidad física", citando cuatro referencias.

    Lo importante es que realmente tenemos (y hemos tenido durante mucho tiempo) dispositivos cuya resistencia se puede cambiar y que mantienen esta resistencia incluso si se corta la energía. Se utilizan en casi todas partes, pero principalmente solo en un contexto digital: así es como funciona la memoria flash. Es decir, una celda de memoria flash es solo una celda de memoria dinámica con una fuga extremadamente baja. La carga en el condensador de la puerta en esta celda determina la resistencia del transistor, por lo que "escribir" en la celda implica superar el aislamiento de la puerta temporalmente para cargar o descargar el condensador. Si quita los circuitos digitales de lectura y escritura y los reemplaza por circuitos más adecuados para uso analógico, tendría la tarjeta de memoria. Esto requeriría algo de retroalimentación en el circuito de escritura para seguir cargando o descargando el condensador de la puerta hasta que la resistencia alcance el valor que está tratando de "guardar", pero en realidad, todo está ahí.

    Básicamente, el dispositivo es un integrador. Por lo tanto, no debería sorprendernos, dado que los integradores mecánicos y electrónicos se han utilizado para resolver ecuaciones diferenciales durante muchas décadas, que la autohistoria pueda usarse para resolver ecuaciones diferenciales.

    • Megol dice:

      Como mencionaste, hay al menos dos campos: que estos dispositivos son verdaderos memristores, o que son un tipo de memoria con algunas similitudes pero no con los memristores. El último campo tiene un subconjunto que piensa que los memristas no pueden existir por definición.

      Sean lo que sean, no son una especie de recuerdo de bolsillo, no entiendo por qué quieres agregarlos a la mezcla.

      • BrilaBluJim dice:

        Porque pueden hacer exactamente lo mismo y utilizan tecnología bien optimizada. Es esta afirmación en la abstracción relacionada que los memristores pueden volverse más pequeños que las células de rayos, pero esto de ninguna manera se cuantifica.

      • Lucas dice:

        El memristor es un dispositivo teórico donde la carga eléctrica y el flujo magnético están relacionados como el cuarto elemento de la teoría básica de circuitos. Era un "dispositivo perdido", porque no se podía considerar ningún ejemplo del mundo real; eso no significa que no sea posible fabricar uno, pero las autocontrol que hace HP no lo son realmente.

        Las auto-resistencias de HP se parecen más a un cable, que se corroe más delgado a medida que pasa la corriente y luego se galvaniza cuando la corriente se invierte. Es una "resistencia de memoria", pero no una verdadera resistencia de memoria porque funciona según otro principio. Me gusta llamar a un condensador de batería.

    • CRJEEA dice:

      Me gusta pensar en ellos casi como lo opuesto a un condensador.
      Ponga un condensador en un circuito y aumentará la resistencia con el tiempo. Las resistencias de memoria mejoran la conducción con el tiempo a medida que se aplica la rebelión.
      Hace años solía hacer lo que se consideraría el análogo de estos de partes discretas. Creo que fue para la parte automotriz de una pantalla de estarcido en la que estaba trabajando.

      • BrilaBluJim dice:

        Son lo inverso de un capacitor, tal como lo es una celda RAM dinámica (o celda de memoria flash): agregas una carga al capacitor de la puerta, y esto aumenta la conductividad del MOSFET. Esto no es realmente el "opuesto" de un condensador, sería un inductor. Memristor solo se comporta como un condensador con un amplificador inversor.

        • cb88 dice:

          Excepto que la tarjeta de memoria está construida como un solo dispositivo, una celda de memoria de bolsillo o una celda ram se construye a partir de varios dispositivos ... y eso es todo. Si tiene un elemento base más capaz para construir nuevos dispositivos ... ha aumentado fundamentalmente su capacidad. Sí, podría multiplicar lo que el memristor puede hacer con otros dispositivos, pero eso no los convierte en la herramienta adecuada para el trabajo ahora que conocemos el memristor.

  • BrilaBluJim dice:

    "Las autohistorias se cuantifican de modo que diferentes valores de resistencia representan números diferentes". Una vez más, nada nuevo. Intel comenzó a producir chips de memoria flash con celdas multinivel (para obtener más de un bit por celda) hace casi veinte años. Me gustaría conocer las características de los memristas de óxido de tantalio mencionados en el resumen.

    Pero además, si se cuantifican los valores de los memristores, entonces esto es solo un cálculo numérico de integrales. ¿Qué hay de nuevo aquí?

    • cb88 dice:

      No, es un cálculo analógico, que luego es cuantitativamente digital ... pero supongo que puede ser un poco difícil para ti entender que eres tan cínico.

  • Matthew Lee dice:

    "Por ejemplo, un elemento de memristor que podría tener 16 valores de resistencia diferentes le permitiría funcionar como un dígito de base 16". Creo que estás apuntando a dígitos de base 4

    • Greenaum dice:

      Creo que USTED está apuntando a un dígito de 4 bits.

  • svofski dice:

    ¿Cuántos dígitos en base 10 hay?

    • Greenaum dice:

      En algún lugar entre las 9 y el infinito.

      • svofski dice:

        Esa fue una respuesta al comentario anterior.

  • Profe. Fartsparkles dice:

    Esto es lo que me gusta de HaD. Otros sitios web han informado de esto con la línea de base de "Dios mío, ¡tendremos computadoras súper rápidas de bajo consumo para la ciencia!". En realidad, se trata de un intento de difundir el concepto a pesar de que es complicado.

    • Greenaum dice:

      Otros sitios web y sus lectores no saben qué es realmente una computadora digital y cómo funciona. Por lo tanto, no entenderán los usos de lo analógico y, lo que es más importante, sus límites. Para ellos, es más Facebook.

      Hubo un período realmente agradable alrededor de principios y mediados de los 90 cuando me conecté por primera vez cuando las computadoras tenían cosas como Internet y energía decente (¡para DOOM!), Pero la gente común no se preocupaba por ellas y era un poco desconfiada, las computadoras .

      Pensamos que era un gran negocio para AOL, pero chips, traería de vuelta a AOL un millón de veces si pudiéramos deshacernos definitivamente de Facebook.

      Te digo cuántos años tengo cuando Google dijo "no seas malo", pensé "¡oh, eso es lindo!" en lugar de reír en un abismo cercano.

Fernando Román
Fernando Román

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