Физикът разказа за създаването на принципно нови компютри от науката мемристорът вериги и науката

R. Stanley Williams, Hewlett Packard Laboratories

"Lenta.ru": Моля те, кажи ми какво мемристор и какво memelementy изобщо? Когато срокът идват?

Юри Pershyn: В електроника има три основни добре известни елементи: съпротивление, кондензатор и бобина. Доскоро те бяха счетени за елементи с постоянен отговор на външни стимули. С други думи, на съпротивление, капацитет и индуктивност на тези устройства са константи.

През 1971 г. американски учен Леон Чуа представи концепцията мемристор, паметта на съпротива, на името на което се формира чрез добавяне на памет думи на традиционния резистор. Мемристор - е резистор, който съхранява на свързаните с него в миналото, и поради това ви позволява да съхранявате информация по себе си. Технически погледнато, това е обобщение на устойчивост на отговора на паметта на събитието. Преди няколко години, ние сме обобщили тази концепция, [включва] случай на кондензатори и бобини, въвеждане на концепцията за кондензатори и бобини памет с памет. Всички тези три теоретични устройства образуват memelements клас под въпрос.

Аз разбирам, че само теорията на мемристорът е разработен през 1971 г., както и на самите устройства са се появили много по-късно?

Вашата работа е посветена на създаването на теорията на изчисление, използвайки memelementov система. Досега такава теория, както аз разбирам, че не е. Как да я сравни с текущата работа на невронни мрежи?

Учените отдавна са ангажирани в дейности, свързани с изкуствен интелект, и един от подходите за създаването му са невронни мрежи (невронни мрежи). Memristors могат да бъдат използвани в невронни мрежи като електронни синапси. Сега, когато прилагането на мемристор платени много внимание.

Компютърни мрежи мемристор, които, които правим в момента, имат малко по-различна архитектура. Ако мрежата неврони невронни са електронни и електронни синапси, мемристорът мрежа е, относително казано, само без синапсите на невроните. В известен смисъл, това е малко по-опростен, но това е все пак позволява да се реши даден клас проблеми, които не могат да бъдат решени чрез други методи със същата ефективност. В новата ни проучване, ние просто се опитва да разбере обхвата на тези задачи. Предимството на нашата мрежи мемристор, в сравнение с невронни мрежи е тяхната относителна простота, а оттам и по-добро разбиране на процесите, които протичат в тях.

Освен това, като се има предвид всички известни подходи за компютри в ума, ние разбираме, че общата стойност на всички тези подходи, както и да определи условията, наложени на системата и на отделните елементи на тези системи, за да се гарантира, че тези системи могат да бъдат използвани за изчисленията.

Основната идея на изчисление в паметта е както следва. Да приемем, че имаме някои големи електронна схема (система), състояща се от електронни "неврони", "синапс" или просто memelementov че по някакъв начин свързани помежду си. Когато тази система се прилага към външно захранване, статични или динамични свойства memelementov вериги започват да се промени, влияещи помежду си. Това развитие може да се разглежда като процес на изчисляване. И в крайна сметка се оказва, някои резултат на такова изчисление.

В обикновените компютри, които се основават на т.нар фон Нойман архитектура (и това е цялата електроника, които ние обикновено се занимават), изчисления не се случват по този начин. Редовна работа с компютър като транспортна лента - стъпка по стъпка-по прехвърляне на данни от процесора към паметта и обратно. Ние искаме да се получи устройството, в което изчисленията са направени по паралелен начин и, поради това, че е много по-ефективен.

Къде може да се появи по-ефективно? Какво е предимството на системата за мемристор над традиционната архитектура на компютъра?

Един от тесните фон Нойман архитектура е фактът, че обработването и съхранението на данни са физически разделени. Това означава, че информацията се съхранява в паметта и процесора обработва. По време на работа на такъв компютър е необходимо да се дестилират големи обеми от данни между процесора и паметта. Ние искаме да се съчетаят обработката и съхранението на информация на едно място, за да се избегнат подобни ненужни трансфер на данни.

Моделиране размерите лабиринт система Memristors - показва две съвпадение част. Memristors могат да бъдат използвани, за да се намери по целия път в лабиринта, а в някои случаи, тези пътища могат да бъдат варират на дължина.

Снимка: Юрий V. Першин / Масимилиано Ди Ventra

Какво изчисления може да се извърши с помощта на такова устройство? той е най-подходящ за това, което задачи? Много е трудно да си представим как такава система би могла, например, да се размножават по двама. Или възможно ли е?

В допълнение, ние използвахме верига от мемристор за решаване на проблема пътуващ търговец и показа, че системата дава възможност да се намери приблизително решение на този проблем.

Това означава, че всички тези изчисления са свързани с теорията на графите?

На този етап - да. От друга страна, известно е, че може да бъде доста лесно за изпълнение логически операции с използване на мемристорът, което е, да се реализират тези основни "И", "ИЛИ", "НЕ", които са част от всеки процесор. Физически, тези чипове все още не са създадени, въпреки че експериментално в няколко мемристор, беше показано, че те трябва да работят.

Ние просто би било интересно да се комбинира с памет с логически операции, ние работим по този проблем. Още в конвенционалните компютри може да бъде част от операциите, извършвани директно в паметта, без обмен на данни към процесора, можеш ли да си представиш?

Изглежда, че би било добре да прилагат тестове за паметта, които са лесни за parallelizes.

И задачата на изброяване в криптографията може да бъде решен с помощта на мемристорът?

Макар че аз не знам, да бъда честен. Това е за това, според мен, никой не е мислил за. Предимството на мемристорът е, че те могат да създадат много, окован заедно и се използва за паралелни изчисления. Въпреки това, как трябва да се работи - големият въпрос. Ние просто правим, за да открие задачите, които могат да бъдат решени с помощта на различни реализации на такива системи.

Физическата въплъщение на електронни невронни мрежи могат да бъдат много екзотичен вид. неврони, събрани тук са вход, изход, може да се сумира сигнал и определя неговия праг. В този случай, всички тези функции се използват в арт проект. за да се получи по-скоро странни звуци скърцането в отговор на светлина и музика.

Ясно. Но ми се стори, че мрежата мемристор, както и невронни мрежи, по принцип, проектирана с очакването за по-амбициозна задача, създаването на изкуствен интелект.

Това е вярно, много години, учените се опитват да изградят един компютър, който работи като човешкия мозък. Тази задача отнема много дълго време, може би вече петдесет години, ако не и повече. И все пак по-голям напредък в тази област не е налице.

Атомна сила Memristors изображение 17, получен в Hewlett Packard Laboratories. Диаметърът на ленти е около 50 нанометра, който е поставен в един Memristors 150 атома в. Всяка от лентите е "сандвич" от два слоя от метал и диелектрик разположени между тях - титанов оксид.

R. Stanley Williams, Hewlett Packard Laboratories

Струва ми се, че това не се дължи на "желязо" или липса на технологии, както и факта, че има разбиране за това как трябва да работи с компютър. И това разбиране няма да бъде толкова дълго, тъй като няма разбиране за това как работи човешкият мозък. Мисля, че веднага след като учените ще разберат какво се случва в съзнанието ни, а след това, по принцип, повече или по-малко желязо е готова за изпълнение на такива функции.

В тази връзка, искам да попитам, как се чувстваш за появата на две нови мега проекти в невробиологията - Европейски Blue Brain. получи половин милиард евро, а на американския "човешки Connect", началото на която Обама обяви наскоро. Те могат по някакъв начин донесе създаването на изкуствен интелект?

По принцип, аз гледам на него с предпазлив оптимизъм. Нека да видим какво ще стане. Това се занимава с изкуствен интелект в продължение на много години, но досега успех в тази област не е много впечатляващо. От друга страна, това е възможно, просто не е достатъчно за една малка част от някаква нова концепция, която след това ще бъде много прост, но ние в момента не разполагат.

Предвид факта, че невролозите (като Патриша Chorchlend признаване) все още дори не знаят как единствен неврони кодира информация, перспективата за създаване на изкуствен интелект мемристор изглежда доста тъжен.

В действителност, това не е толкова тъжно. Докато AI е най-амбициозната цел в тази област, има не по-малко интересни практически проблеми. Например, създаването на електронна памет, която ще замени конвенционалната флаш памет. Мисля, че тази памет ще бъде реализиран много скоро.

Искаш да кажеш, мемристорът на флаш памет?

По-конкретно, в паметта, която ще замени флаш памет, тъй като флаш памет - добре дефинирана технология.

Мемристор памет, ангажирани в търговски дружества, така че информация за текущи разработки в областта малко. В такъв памет, има един добре познат предимство: тя е много по-бързо в сравнение с конвенционалните флаш памет. Това се дължи на факта, че за превключване време мемристорът от едно състояние в друго е много кратко, от порядъка на няколко наносекунди, докато се записва информация в стандартен флаш памет отнема около една милисекунда. Това е теоретично възможно да се получи ускорението от 100 хиляди пъти запис. Това е много бърза памет, която може да се съхранява в същото време няколко пъти повече информация в същия размер.

Има и друг финес икономически план, които са свързани с факта, че големи суми са били инвестирани в произвеждащи флаш памет. На първо място, тези средства трябва да бъдат възстановени, а след това ще бъде възможно да се построи нова производствена база.

Интервю на Александър Ершов