12 апреля 2012 г. В Тюменском национальном университете, в ходе проекта по моделированию нейронных сетей мозга, осуществляемых ТюмГУ и созданным университетом высокотехнологичным предприятием ООО «ТАСО», взят мемристор – четвертый фундаментальный компонент электроники, наровне с резистором, катушкой и конденсатором индуктивности.

Наряду с этим мемристор действует как сопротивление, значение которого изменяется в зависимости от проходящего через него тока. В следствии понижения сопротивления мемристора связь между логическими элементами, в формировании которой участвует данный мемристор, делается более действенной – происходит обучение. При увеличении сопротивления мемристора происходит забывание либо торможение. Прочесть записанную в мемристор данные возможно измерив его сопротивление.

По собственному действию мемристор подобен синапсу – соединению между нервными клетками мозга (нейронами). Существование мемристора предсказал в 1971 г. исследователь из университета в Беркли Леон Чуа, а на практике мемристор был в первый раз в мире взят в 2008 г. в корпорации Hewlett-Packard группой под управлением Р. Стэнли Уильямса.

Первая умелая русский микросхема на базе мемристоров, созданная в ТюмГУ 12.04.2012 г.

Как отмечает проректор ТюмГУ по информационным технологиям и инновационному развитию, председатель совета директоров ООО «ТАСО» и начальник проектов по созданию нейроморфных совокупностей и моделированию нейронных сетей мозга Вадим Филиппов:

«С момента собственного создания в 1943 году электронные компьютеры базировались на архитектуре с поделённым памятью и процессором, потребовавших наличие исполняемых программ, заблаговременно обрисовывавших все вероятные действия автомобили либо яркого управления со стороны человека, к примеру, при нажатии на клавиатуру. Исходя из этого сами по себе компьютеры не могут думать.

В отличие от живых организмов – ассоциативных совокупностей, в которых любой нейрон кодирует какое-либо уровень качества, свойство либо объект, вызывая при собственной активации в памяти другие объекты, в кодировке которых он участвует. Таковой ассоциативный процесс идет в коре мозга непрерывно, как транскорковые кругообороты, снабжая запоминание, припоминание, логику, ветвление ассоциаций, синтез и рекомбинацию нового знания.

Эти процессы обеспечиваются типовым модулем коры мозга – кортикальной колонкой. Ее моделированием мы занимаемся уже много лет. И в случае если раньше мы имели возможность создавать только программные модели на базе замечательных суперкомпьютеров, то с получением мемристоров у нас появляется возможность создавать самообучающиеся мемристивные микросхемы, каковые будут встраиваться в программно-аппаратные комплексы, моделирующие кору мозга.

Создание мемристоров вероятнее неспешно приведет к изменению и полному пересмотру всей архитектуры современных компьютеров, приблизив их к организации живых ассоциативных совокупностей».

Работа над мемристивной микросхемой в чистой помещении ТюмГУ, март 2012 г.

Мемристоры в ТюмГУ взяты на базе диоксида титана (TiO2) – полупроводника, в чистом виде имеющего громадное сопротивление. Но в случае если TiO2 легируется вторыми элементами, то эти легирующие примеси (к примеру, ионы O) в высоком электрическом поле смогут дрейфовать в направлении электрического тока. Подача напряжения смещения через узкую пленку диоксида титана заставляет примеси распространяться в количестве TiO2 и так понижает его сопротивление.

Подача тока в другом направлении перемещает примеси назад, увеличивая сопротивление TiO2. Мемристор может принимать не только два положения – 0 либо 1, но и каждые другие значения, трудясь в аналоговом режиме. Причем это делается на одном элементе, что разрешает снизить размеры мемристора до нескольких нанометров, а скорость срабатывания – до наносекунд.

Мемристоры были синтезированы посредством купленной ТюмГУ модульной технологической платформы для создания нанотехнологических комплексов с кластерной компоновкой «Нанофаб-100». Для получения мемристоров на подложку были нанесены поперечные проводящие дорожки, на каковые был нанесен слой диоксида титана (TiO2) толщиной всего 15 нанометров. Поверх него были нанесены продольные проводящие дорожки.

В местах пересечения дорожек взят выраженный мемристивный эффект понижения сопротивления и потенциации связи в зависимости от совершённого тока. Научный сотрудник ТюмГУ Дмитрий Журавский, конкретно делавший работы по созданию первой умелой мемристивной микросхемы, показывает, что:

«Был взят материал с изменяемым сопротивлением при протекании тока с большим уровнем сопротивления в 300 Ом до пропускания тока и уровнем 120 Ом по окончании пропускания тока. Функциональный слой мы взяли на базе композитной структуры металл-аморфный диоксид титана – металл».

Аспирант ТюмГУ Геннадий Ласкин, кроме этого участвовавший в микросхемы и создание прототипа, показывает, что залогом успеха совершённой работы стали довольно широкие возможности установленного в ТюмГУ комплекса «Нанофаб-100» производства русском компании NT-MDT, а также употреблявшихся в получении мемристора магнитрона и модуля фокусированного ионного пучка в условиях очень высокого вакуума.

Принципиальное отличие мемристора от большинства типов современной полупроводниковой памяти и его основное преимущество перед ними заключаются в том, что он не хранит собственные свойства в виде заряда. Мемристору не страшны утечки заряда при переходе на микросхемы нанометровых масштабов, и он всецело энергонезависим, а эти смогут храниться в мемристоре , пока существуют материалы, из которых он изготовлен.

Мемристоры на сегодня являются единственным неживым материалом, приближающимся по своим функциям к синапсам живого мозга. Синаптические соединения смогут быть смоделированы и на КМОП-транзисторах, но транзисторные схемы несравнимо больше, медленнее, сложнее, энергозатратнее и дороже, чем мемристивные.

«Сейчас нам принципиально важно совершить комплексное изучение взятых мемристоров, и разных однослойных и многослойных материалов для их создания. Изучение стехиометрии диоксидных соединений должно оказать помощь нам, по возможности, в сжатые сроки обеспечить высокие потребительские особенности разрабатываемых нами мемристивных микросхем: широкий диапазон и высокую скорость трансформации сопротивления, при хорошей и многократной повторяемости результата» – говорит доктор наук Сергей Удовиченко, помощник директора НИИ пркладных наук ТюмГУ, начальник группы исследователей университета по изучению мемристоров.

Реализация проекта по получению мемристоров в ТюмГУ стала вероятной благодаря участию университета в Федеральной целевой программе «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ», осуществлению программы развития инновационной инфраструктуры ТюмГУ во выполнение Распоряжения Правительства России № 219 от 9 апреля 2010 г., и благодаря хорошему инновационному климату, формирующемуся в Тюменском регионе.

По данным ООО «ТАСО»

Диоксид титана

Интересные записи на сайте:

• Что такое кэш и какую роль он выполняет
• Nasa приступило к стресс-тестам пилотируемого корабля от spacex
• Российская светодиодная лампа svetaled получает международное признание
• Графен ищет применение
• 13 Инновационных проектов стали победителями i студенческого регионального конкурса «у.м.н.и.к.»

Подобранные по важим запросам, статьи по теме:

• Компания lg проявила интерес к инновационным разработкам молодых ученых ирниту

  Представители технологического центра компании LG в Москве – специалист Ксения менеджер и Шаблинская Шон Ли посетили Иркутский технический университет с…

• Ученые создали искусственную кость, которая легче воды и прочнее стали

  Команда ученых создала необыкновенный материал: не таковой плотный, как вода, но по прочности сравнимый с некоторыми марками стали. Ранее возможность…

• Искусственный глаз: новое в разработке беспроводных имплантатов

  Около 30 миллионов человек во всем мире страдают от слепоты, позванной разными болезнями сетчатки. Проект EPI-RET в течении многих лет искал вероятное…

• Как запустить циркониевый завод с помощью криптографических токенов

  Популярность инструмента привлечения коллективных инвестиций за счет выпуска и продажи собственных криптографических токенов на открытом рынке — ICO…

• Землетрясения станут предсказуемы, благодаря искусственному интеллекту

  В осеннюю пору 2010 года в Новой Зеландии, на одном из мелких островных городов Крайстчерч, был собор в британском стиле на основной площади. Он…

• В пензенской области представили новые разработки центра коммерциализации нанотехнологий

  Губернатор Пензенской области Василий Бочкарёв посетил технопарк «Рамеев», где сотрудники Центра коммерциализации нанотехнологий представили пензенскому…