憶阻器定義未來計算機架構
觀察
作者：老鬼阿定
6月11日，惠普在其每年一度的Discover大會上宣布了惠普機器（The Machine）計劃。惠普公司CEO惠特曼在主題演講中稱，惠普正從零開始建立起一種新的計算方式，構建全新計算機a架構。
惠普機器主要由憶阻器存儲、矽光子通信、專用處理器和定製化操作係統構成，而最具革命性創新的核心技術在於憶阻器。按惠普時間表，惠普機器將於2019年投放市場。
按照經典電子學理論，無源器件隻有電阻、電容和電感三種。1971年，美國加州大學伯克利分校教授蔡少棠發表論文，通過理論研究推斷存在第四種無源器件：憶阻器（memristors）。憶阻器的電阻值隨電流增加而減小，電流停止，電阻就停在當前值，且不消失。直到接到反向電流，電阻值才會增加。測得電阻值便可知之前的電流數值，蔡少棠將這種具有記憶功能的無源器件稱之為憶阻器。
2008年，惠普實驗室研究人員發表題為《尋獲下落不明的憶阻器》的論文。惠普研究人員發現，將二氧化鈦薄膜置於兩個電極之間，其電學特性與蔡少棠所述憶阻器一致。
憶阻器的發現產生了強烈震撼，評論認為是自發明晶體管以來電子學最重要的發現。單個憶阻器物理尺寸僅3納米見方，狀態轉換時間約為0.1納秒，與DRAM相當。憶阻器可製成陣列並多層堆疊，如將其作為存儲，每平方厘米容量可達100GB，每立方厘米容量可達1000TB。作為存儲，其存儲密度、功耗、讀寫時間遠遠勝過閃存。而存儲密度甚至可與磁性存儲相媲美。
憶阻器不僅能用於存儲，還能進行二進製布爾運算，有望開發出融存儲與處理於一體的新型器件。國防科技大學專家稱，理論上憶阻器可以完全替代現在所有的數字邏輯電路。業界普遍認為，10納米為摩爾定律的極限，且當前半導體技術已逼近該極限。憶阻器隻有3納米，且有完全不同的電學特性，是摩爾定律失效後最重要的技術方向，其現實意義遠大於量子計算、碳納米器件和生物計算。
根據公開的資料看，惠普機器與傳統體係結構上最大的不同是采用憶阻器存儲體，替代傳統的RAM、閃存、磁盤，將外存與內存合一。係統的多核處理器以矽光子通信方式連接憶阻器存儲體。矽光子通信經過多年的發展已相對成熟，其數據傳輸速度比傳統方式快100倍，且更為節能。
在發布會上，惠普給出了憶阻器係統的一些關鍵數據。每機架的存儲容量可達160PB，一部手機的容量可達100TB，數據傳輸速率可達每秒6TB。在能耗方麵，惠普稱當前性能最高的7300個SPARC節點的富士通係統能耗為12600KW，而性能與之相當的惠普機器能耗僅為160KW。
基於憶阻器的新型計算機架構將從根本上改變當前的用戶體驗。啟動時不需要將數據從磁盤等存儲介質向RAM加載，手機、平板、筆記本電腦等都可實現加電即可用。由於不分內存外存，因此掉電不會丟失任何數據。在現有係統中，存儲仍是能耗大戶，由於憶阻器功耗極低，這一塊能耗有望大大降低，有媒體評論指出，手機一周充電一次已不再是夢想。
據美國《商業評論》報道，惠普實驗室已投入73%的力量開發惠普機器。對於目前處境艱難的惠普而言，完成憶阻器及其係統的研發並不輕鬆。然而這並不重要，重要的是憶阻器技術打開了我們通往未來的一扇大門。
基於憶阻器的新型計算機架構將從根本上改變當前的用戶體驗。