赌上惠普未来的忆阻器，是个什么东西？

据外媒报道，惠普将于今年11月1日拆分成惠普公司和惠普企业两家企业，其中后者将重点研发更快、更高效的新型“存储驱动”计算架构，这款称作“The Machine”的系统设备以冰箱大小设计可以进行整个数据中心的工作量。

惠普同时承诺，将在明年交付一套基于DRAM的原型机，单托架原型机将拥有2500个CPU核心、以及320TB的内存。原本这套原型机打算采用忆阻器方案，但由于后者现阶段产能还未超过15%，因此只能采取现阶段主流的DRAM来进行铺垫，而这一方案的后果就是惠普必须为所有的DRAM保持通电状态，以保证存储的数据不会丢失。

这么看起来，忆阻器似乎又是个“黑科技”的存在，那么它到底是什么呢？想要了解这一点，还得从惠普的“The Machine”说起。

“The Machine”是什么？

“The Machine”是惠普于去年提出的一项旨在推翻1940年建立的电脑开发设计理念的计划，出自惠普实验室，将研发全新的计算机和操作系统，而且不同于传统计算机以CPU为中心，同时叠加多层内存和存储层，其中访问速度更快的内存用于保存临时性的数据，访问速度较慢的硬盘则用于保存永久性的电脑数据的方案，惠普将抛弃内存和硬盘单独设置的做法，统一采用一种存储设备。

在此之前，计算机每次运行软件和程序，都要先把数据从硬盘传输到速度更快的内存中，这种数据的来回“搬运”会影响到电脑的运行，如果这种“搬运”行为被取消的话，则就能够大大提升电脑的处理速度，惠普将这种以内存池为中心架构称作“通用内存”。

同时，这套系统还可以附加其它任何部件，如CPU核心、GPU、网络接口、以及专用处理单元等，因此，惠普必须在硬件方面达到一个全新的水平，这其中，忆阻器就是实现替代和融合内存与硬盘，以及实现停电之后保存数据的关键元件。

忆阻器是什么？

忆阻器全称“记忆电阻器”，最早由加州大学伯克利分校华裔科学家蔡少棠于1971年提出在其发表的题为《忆阻器：下落不明的电路元件》的论文中，蔡少棠预测自然界存在第四种电路元件，并称之为忆阻器，在此之前，世界上三种基本的无源电路元件：电阻器、电容器和电感器。

简单来说，忆阻器是一种有记忆能力的非线性电阻，其通过控制电流变化可以改变电阻值，如果断电的话，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。因此，即便过程中电流中断，其中的数据也不会丢失。

但在其预测忆阻器之后，蔡少棠本人并没有继续展开研究，因为当时难以找到什么材料来证明忆阻器的效果是存在的，更主要的是，也并没有多少人对此予以重视——此后，惠普在误打误撞的情况下，成为了忆阻器的“发现”者。

当时，惠普正在研发一项希望利用纳米技术，以电阻代替三极管作为基本单元来发明一种更高密度的存储器的方案。而当时惠普并不知道，自己所希望发明的存储器，其实就是忆阻器。在对各种材料都进行过测试后，惠普实验室信息与量子系统实验室主任斯坦·威廉姆斯的团队发现其中一项结果与蔡少棠论文中预测忆阻器很相似——而这项材料就是二氧化钛，当时他们发现，一块极薄的二氧化钛被夹在两个电极中间，这些二氧化钛又被分成两个部份，一半是正常的二氧化钛，另一半进行了“掺杂”，少了几个氧原子。因此“掺杂”的那一半带正电，电流通过时电阻比较小，而且当电流从“掺杂”的一边通向正常的一边时，在电场的影响之下缺氧的“掺杂物”会逐渐往正常的一侧游移，使得以整块材料来言，“掺杂”的部份会占比较高的比重，整体的电阻也就会降低。反之，当电流从正常的一侧流向“掺杂”的一侧时，电场会把缺氧的“掺杂物”从回推，电阻就会跟着增加。因此，整个器件就相当于一个滑动变阻器一样。

虽然二氧化钛实现忆阻器效果的特性并非是惠普首度发现的，但却由于惠普从事的研究的关系，才第一次被发现这就是忆阻器。

2008年，由斯坦· 威廉姆斯领导的研究小组在《自然》杂志以《寻获下落不明的忆阻器》为标题发表论文，首度证实了忆阻器确实存在，而且成功实现了世界首个能工作的忆阻器原型。此后的2010年，惠普宣布与SK海力士合作，共同研发忆阻器记忆装置，同年，斯坦·威廉姆斯称，发现忆阻器可进行布尔逻辑运算，这一发现震动了整个行业，因为这意味着忆阻器理论上可以完全替代现在所有的数字逻辑电路。

电子工业的元件革命

忆阻器能够适用的产业非常广泛，但其最基础的应用就是非易失性阻抗存储器（即RRAM），相比较目前主流的动态随机存储器（DRAM）和闪存（Flash Memory）相比，忆阻器的能耗更低，且断电后仍能保存数据。具体来看，就是无论用户关机还是全局断电，只要用户下一次打开计算机还能回到之前的状态

而也有科学家在尝试利用忆阻器构造仿生类大脑功能的硬件，以实现硬件的“学习”和“关联记忆”的功能，也有科学家在讨论电路自已实时调整自已的状态来符合运算需求的可能性。这点，再搭配上忆阻器的记忆能力，代表着运算电路和记忆电路将可同时共存，而且随需要调整。这已经完全超出了这一代电脑的设计逻辑，很多人寄希望于其应用于更智能的机器人的研发。

越来越多人认为，最迟到2020年，见证半导体工业长达半个世纪进化的“摩尔定律”将迎来物理极限大考，目前石墨烯被认为是替代硅最有前途的材料，而如果说石墨烯是一场电子工业的材料革命，那么忆阻器则是一场电子工业的元件革命。

而据了解，目前除了惠普，IBM、英特尔等科技巨头以及英、德、韩等国家也开始涉足了忆阻器的研发。而在我国，忆阻器的主要研究单位是华中科技大学。2009年，科技部启动国际合作项目“忆阻器材料及其原型器件”，华中科技大学微电子学系教授、长江学者缪向水担任项目负责人。而据了解，目前华中科技大学已经能够制备出纳米级性能稳定的忆阻器原型器件。但总体上来说，国内对于忆阻器的研发还尚处下风，如果不给于足够重视的话，那么未来可能硅谷一家惠普就足以打败我们。

参考资料：维基百科--忆阻器 、 OFweek百科