Fizicianul a spus despre crearea de noi calculatoare fundamental de știință circuitele memristor și știința

R. Stanley Williams, Hewlett Packard Laboratories

„Lenta.ru“: Te rog spune-mi ce memristor și ce memelementy la toate? În cazul în care termenul provin de la?

Yuri Pershyn: În electronică, există trei mari elemente cunoscute precum: rezistența, condensator și bobină. Până de curând, au fost considerate ca fiind elemente cu un răspuns constant la stimuli externi. Cu alte cuvinte, rezistență, capacitate și inductanța acestor dispozitive sunt constante.

În 1971, savantul american Leon Chua a introdus conceptul de memristor, memoria de rezistență, a cărei denumire a fost format prin adăugarea de cuvinte de memorie la un rezistor tradițional. Memristor - este un rezistor care stochează efectele acestuia în trecut, și, prin urmare, vă permite să stocați informații în sine. Tehnic vorbind, acest lucru este o generalizare a rezistenței la răspunsul la memoria de evenimente. Acum câțiva ani, am rezumat acest concept, [include] cazul condensatori și bobine, introducând conceptul de condensatoare și bobine de memorie cu memorie. Toate cele trei dintre aceste dispozitive teoretice formează clasa memelements în cauză.

Am înțeles că numai teoria memristor a fost dezvoltat în 1971, iar dispozitivele de ei înșiși au apărut mult mai târziu?

Munca ta este dedicată creării teoriei de calcul cu ajutorul sistemului memelementov. Până în prezent, o astfel de teorie, după cum am înțeles, nu a fost. Cum se compara cu activitatea existentă pe rețele neuronale?

Oamenii de știință au fost mult timp implicat în activități legate de inteligență artificială, iar una dintre abordările la crearea sa sunt rețelele neuronale (rețele neuronale). Memristors pot fi utilizate în rețele neuronale ca sinapse electronice. Acum, că aplicarea memristor acordat o atenție mult.

Rețele de calculatoare memristor, pe care le facem în acest moment, au o arhitectura ușor diferită. În cazul în care neuronii rețele neuronale sunt sinapselor electronice și electronică, memristor de rețea este, relativ vorbind, numai fără sinapsele de neuroni. Într-un sens, acest lucru este oarecum simplist, dar este, cu toate acestea, permite să rezolve o anumită clasă de probleme care nu pot fi rezolvate prin alte metode cu aceeași eficiență. În noul nostru studiu, noi doar încercăm să înțelegem gama de astfel de sarcini. Avantajul memristor noastre rețele, în comparație cu rețelele neuronale este simplitatea lor relativă și, în consecință, o mai bună înțelegere a proceselor care au loc în ele.

În plus, luând în considerare toate abordările cunoscute de calcul în minte, înțelegem că totalul tuturor acestor abordări, și de a determina criteriile impuse sistemului și pe elementele individuale ale acestor sisteme pentru a se asigura că aceste sisteme ar putea fi utilizate pentru calcule.

Ideea de bază de calcul în memorie este după cum urmează. Să presupunem că avem niște circuite electronice de mare (sistem) format din „neuroni“ electronice, „sinapsă“, sau pur și simplu memelementov că într-un fel interconectate. Atunci când acest sistem este aplicat la sursa de alimentare externă, lanțuri de proprietăți statice sau dinamice memelementov începe să se schimbe, influențându-se reciproc. Această evoluție poate fi văzută ca procesul de calcul. Și, în cele din urmă se dovedește că unele rezultat al unei astfel de calcul.

În computerele obișnuite, care se bazează pe așa-numita arhitectura von Neumann (și acest lucru este toate componentele electronice, pe care le face de obicei), calculele nu se întâmplă așa. lucru computer obișnuit ca o bandă transportoare - un pas pas cu transferul de date de la procesorul în memoria și vice-versa. Vrem să obțineți dispozitivul în care calculele sunt realizate într-un mod paralel și, datorită acestui fapt, este mult mai eficient.

În cazul în care se poate produce mai eficient? Care este avantajul sistemului memristor asupra arhitecturii tradiționale de calculator?

Una din blocajele arhitectura von Neumann este faptul că prelucrarea și stocarea datelor sunt separate fizic. Aceasta este, informațiile sunt stocate în memorie și procesorul procesează. În timpul funcționării unui astfel de calculator este necesar să distileze cantități mari de date între procesor și memorie. Dorim să combine manipularea și stocarea informațiilor într-un singur loc, pentru a evita astfel de transfer de date inutile.

Modelarea Memristors sistem labirint dimensionale - prezinta doua porțiune de potrivire. Memristors pot fi folosite pentru a găsi tot drumul în labirint, iar în unele cazuri, aceste căi pot fi variat în lungime.

Imagine: Yuriy V. Pershin / Massimiliano Di Ventra

Ce calcule pot fi efectuate utilizând un astfel de dispozitiv? este cel mai potrivit pentru ce sarcini? Este foarte dificil să ne imaginăm cum un astfel de sistem ar putea, de exemplu, pentru a se multiplica doi câte doi. Sau este posibil?

În plus, am folosit un lanț de memristor pentru a rezolva problema comis-voiajorului și a arătat că sistemul face posibilă pentru a găsi o soluție aproximativă a acestei probleme.

Asta este, toate aceste calcule sunt legate de grafic teoria?

În această etapă - da. Pe de altă parte, este cunoscut faptul că poate fi destul de ușor să pună în aplicare operațiunile logice folosind memristor, adică, să realizeze aceste bază „și“, „SAU“, „NU“, care fac parte din orice procesor. Fizic, aceste cipuri nu au fost încă create, deși experimental la mai multe memristor, sa demonstrat că ei trebuie să lucreze.

Ne-ar fi la fel de interesant pentru a combina memoria cu operații logice, lucrăm la această problemă. Deja în computerele convenționale ar putea fi parte a operațiunilor efectuate direct în memorie fără a transfera datele către procesor, vă puteți imagina?

Se pare că ar fi bine să pună în aplicare sarcinile de memorie, care sunt ușor de parallelizes.

Și sarcina de enumerare în criptografie poate fi rezolvată cu ajutorul memristor?

În timp ce eu nu știu, să fiu sincer. Adică despre asta, cred că, nimeni nu a gândit încă de. Avantajul memristor este că acestea pot crea o mulțime, legat împreună și utilizate pentru calcul paralel. Cu toate acestea, modul în care ar trebui să funcționeze - marea întrebare. Noi doar facem pentru a găsi sarcinile care pot fi rezolvate folosind o varietate de implementări ale unor astfel de sisteme.

Exemplul de realizare fizică a rețelelor neuronale electronice pot fi arata foarte exotic. neuronii colectate aici sunt de intrare, de ieșire, în măsură să suma de semnal și de a determina pragul. În acest caz, toate aceste caracteristici sunt folosite într-un proiect de artă. pentru a produce un sunet guițat destul de ciudat, ca răspuns la lumină și muzică.

Clear. Dar mi se părea că rețeaua memristor, precum și rețelele neuronale, în principiu, proiectat cu speranța unei sarcini mai ambițioase, crearea inteligenței artificiale.

Este adevărat, mulți ani, oamenii de știință încearcă să construiască un computer care funcționează ca creierul uman. Această sarcină durează foarte mult timp, poate deja cincizeci de ani, dacă nu chiar mai mult. Și totuși, o mulțime de progrese în acest domeniu nu este prezent.

Atomic Memristors forță imagine 17 obținut în Hewlett Packard Laboratories. Diametrul benzilor este de aproximativ 50 nanometri, care este plasat într-un Memristors 150 atomi de peste. Fiecare dintre benzi este un „sandwich“ din două straturi de metal și dielectric dispus intre - oxid de titan.

R. Stanley Williams, Hewlett Packard Laboratories

Se pare că acest lucru nu se datorează „de fier“ sau o lipsă de tehnologie, precum și faptul că există o înțelegere a modului în care un computer ar trebui să funcționeze. Și această înțelegere nu va fi atâta timp cât nu există nici o înțelegere a modului în care funcționează creierul uman. Cred că de îndată ce oamenii de știință vor înțelege ce se întâmplă în mintea noastră, apoi, în principiu, mai mult sau mai puțin de fier este gata să pună în aplicare astfel de funcții.

În acest sens, vreau să întreb, cum te simți în legătură cu apariția a două noi proiecte mega in neurobiologie - CREIER BLUE european. a primit o jumătate de miliard de euro, iar americană „CONNECT umană“, la începutul lui Obama, care a anunțat recent. Ele pot aduce într-un fel crearea inteligenței artificiale?

Practic, mă uit la ea cu un optimism prudent. Să vedem ce se întâmplă. Acest lucru este angajat în inteligență artificială timp de mulți ani, dar succesul până în prezent în acest domeniu nu este foarte impresionant. Pe de altă parte, este posibil, pur și simplu nu suficient de o bucată mică de un fel de un concept nou, care apoi va fi foarte simplu, dar în prezent, nu avem.

Având în vedere faptul că Neurologii (ca Patricia Chorchlend de recunoaștere), dar nici măcar nu știu cum neuronii singur codifica informatii, perspectiva de a crea artificiale memristor inteligenta arata destul de trist.

De fapt, nu este atât de trist. În timp ce AI-ul este obiectivul cel mai ambițios în acest domeniu, nu există probleme practice mai puțin interesante. De exemplu, crearea unei memorii electronice, care va înlocui memoria flash convențională. Cred că această memorie va fi pus în aplicare foarte curând.

Adică memristor memorie flash?

Mai precis, o memorie care va înlocui memorie flash, deoarece memoria flash - o tehnologie bine definită.

memorie memristor angajate în societăți comerciale, astfel încât informațiile cu privire la evoluțiile actuale din domeniu un pic. Într-o astfel de memorie, există un avantaj bine-cunoscut: este mult mai rapid decât memorie flash convenționale. Acest lucru se datorează faptului că timpul memristor trecerea de la un stat la altul este foarte scurt, de ordinul a câteva nanosecunde, în timp ce înregistrarea informațiilor într-o memorie flash convențională durează aproximativ o milisecundă. Aceasta este teoretic posibil să se obțină accelerarea 100 de mii de ori de înregistrare. Aceasta este o memorie foarte rapida, care poate stoca în același timp, de mai multe ori mai multe informații în aceeași cantitate.

Există un alt plan economic subtilitate, care sunt în legătură cu faptul că sume mari au fost investite în fabricile producătoare de memorie flash. În primul rând, aceste fonduri ar trebui să fie recuperate, iar apoi va fi posibil să se construiască o nouă unitate de producție.

Intervievat de Alexander Ershov