Техасский A&M обнаружил новый элемент схемы: меминдуктор

Исследователи из Техасского университета A&M недавно продемонстрировали «меминдуктивность», составляющую основу нового элемента схемы: меминдуктора. Предыдущие исследователи продемонстрировали как меморезистентность, так и мемемемкость, что сделало вклад Техасского университета A&M большим шагом вперед в научном сообществе.

Варианты базовых элементов схемы «mem», хотя они и не распространены на макетах для любителей, продемонстрировали значительную полезность в вычислениях и приложениях AI/ML. Мемристор, возможно, является наиболее распространенным сегодня из-за его более раннего открытия (2008 год по сравнению с 2019 годом для мемконденсаторов). Но по мере того, как мы узнаем больше о компонентах, их полезность может вырасти в геометрической прогрессии.

В этой статье мы расскажем о техасском исследовании A&M, чтобы показать дизайнерам, как было обнаружено меминдуктивное поведение. Мы также обсудим, как завершенная троица «мем»-устройств может оказаться полезной в будущем.

Префикс «mem» указывает на то, что элемент схемы имеет некоторую форму памяти. И хотя память не относится к разряду памяти с произвольным доступом или только для чтения, она позволяет использовать уникальные свойства в новых приложениях.

Мемристоры, например, в недавних исследованиях нашли множество применений. В одном из таких примеров мемристоры использовались для обработки изображений, основанных на распознавании образов млекопитающих. Мемристивные устройства также использовались для реализации архитектур вычислений в памяти, где центральный процессор больше не выполняет вычисления из-за изменчивости сопротивления устройства.

Говоря простым языком, «мем»-устройства демонстрируют характеристики (сопротивление, емкость, индуктивность), которые могут меняться в зависимости от их предыдущего состояния. Таким образом, элемент имеет «память», что отличает его от устройств без памяти, которые не зависят от предыдущих состояний.

Хотя теория меминдуктора выдвигалась в течение некоторого времени, окончательные доказательства существования настоящего двухполюсного устройства еще не наблюдались до недавних результатов группы Texas A&M. Это связано с тем, что последовательное сопротивление эффективно скрывает меминдуктивные свойства, особенно на низких частотах, когда желаемый эффект наиболее силен.

Чтобы свести на нет влияние последовательного сопротивления, группа применила хитрую технику, которая эффективно устраняла влияние последовательного сопротивления на работу устройства, чтобы изолировать эффекты меминдуктивности. Поскольку сопротивление можно легко измерить и в идеале оно не меняется с частотой, задача определения меминдудуктивности становится практически тривиальной.

Чтобы создать экспериментальный меминдуктор, техасской группе A&M понадобился механизм, который мог бы пассивно изменять индуктивность в зависимости от приложенного тока. Команда поместила катушку с воздушной обмоткой на стержень, частично содержащий ферромагнитный материал, между двумя магнитами. В этой установке [ссылка на GIF] при изменении тока в катушке катушка перемещалась относительно ферромагнитного стержня, изменяя индуктивность.

Результаты экспериментальной установки (показанные в разделе «Дополнительная информация» в статье) демонстрируют, что за вычетом хорошо известного эффекта последовательного сопротивления можно наблюдать меминдуктивные свойства, обеспечивая экспериментальное доказательство пассивной двухконцевой меминдудукции.

Новый элемент схемы может потреблять меньше энергии в реактивных устройствах и обеспечивать более эффективные вычисления. Используя этот новый компонент, области искусственного интеллекта и машинного обучения могут получить выгоду от улучшенных нейроморфных вычислений, что позволит повысить производительность с помощью аппаратного обеспечения. Область высокопроизводительных вычислений также может извлечь выгоду из программируемых свойств меминдуктора, позволяющих выполнять сложные вычисления или вычисления с высокой плотностью непосредственно в памяти, не требуя огромной вычислительной нагрузки на ЦП.

Физическая реализация меминдуктора дала каждому из трех основных элементов схемы свой мем-аналог. Эта исследовательская разработка пришлась на подходящее время, поскольку закон Мура ужесточен до предела. Поскольку инженеры расширяют импульс, который стимулировал разработки прошлого века, меминдуктор может помочь сыграть роль в продолжении инноваций.