相对类脑计算机，量子计算机的发展前景更被业内人士看好，而且在大众当中的传播度也更好。不过一个让人哭笑不得的事实是，类脑计算机已经小有所成，量子计算机仍然尚未面世，尽管在过去20年中，科学家们投入了大量的时间、精力以及金钱。顾名思义，量子计算机与量子相关。量子最著名的就是它的不确定性，而正是这种不确定性为量子计算机的研发提供了基础。量子计算机相对于传统计算机的优势，正是来自量子粒子的特殊本质。......
2023-06-27
类脑计算机：忆阻器与电路元件的革命性替代方案
【摘要】：■忆阻器与四个基本电变量的关系传统计算机标准的电路元件主要包括晶体管、电容和电感，类脑计算机则使用忆阻器、忆容器和忆感器取代以上元件。不仅如此，类脑计算机体积更小，能耗更低，符合计算机发展的趋势。将电阻看作一个数值，电阻的变化当作计算过程，那么忆阻器就构成一个电路元件，可以处理信息并在电流消失后保存当前状态。
现阶段的处理器和存储器是两个相互独立的单元，处理器没有存储功能，而存储单元又不能计算。人脑则不同，在相同的神经元和神经突触中完成计算和存储，所以人脑相比电脑，有着得天独厚的优势。类脑计算机的灵感就来自大脑。自古以来，生物习性和技能都影响着人类的科技发展，通过蝙蝠发明了雷达，根据苍蝇复眼的原理发明了“蝇眼”航空照相机，不胜枚举。因此，由人类大脑发明的类脑计算机可以说是一脉相承了。
■忆阻器与四个基本电变量的关系
传统计算机标准的电路元件主要包括晶体管、电容和电感，类脑计算机则使用忆阻器、忆容器和忆感器取代以上元件。由于具备计算和存储双重功能，并且采用一种更新、更高效的并行计算模式，类脑计算机将会拥有传统计算机无法比拟的运行速度。不仅如此，类脑计算机体积更小，能耗更低，符合计算机发展的趋势。可以想见，这类计算机必定会对未来计算机的设计、全球的可持续发展、能源利用以及人类处理重大科学问题等方面带来巨大影响。
得益于三大元件，类脑计算机得到越来越多的青睐。
忆阻器的概念最早由加利福尼亚大学伯克利分校的蔡少棠教授于20世纪70年代提出，不过由于当时材料的限制，一度难以验证。直到2008年，惠普公司的工程师们才研制出一种用二氧化钛制作的宽度只有几十纳米[1]的电子元件，可以转移电阻并且记忆其转移状态。忆阻器的工作原理可以用一个形象的比喻进行说明：想想一个能够根据水流方向改变直径的管道，当水从左向右流淌，管道越来越宽，使得更多的水流通过；当水从右向左流动，管道则变窄，限制水流量；若无水流经过，管道将保持最近一次的直径，从而“记住”流经的水量。将水流换成电流，忆阻器则取代管道，根据当前流经的电量不断调整自身状态，较宽的管道意味着较小的电阻，较窄的管道则表明电阻较大。将电阻看作一个数值，电阻的变化当作计算过程，那么忆阻器就构成一个电路元件，可以处理信息并在电流消失后保存当前状态。如此，忆阻器将计算单元与记忆单元“捆绑”在一起。
常规电容器是一种单纯用来存储电量的元件，无论存储多少电量，电容器的电容值都不会发生改变。传统计算机中，电容器主要用于制造一种特定的内存，即动态随机存取内存，用于存储处于待命状态的计算机程序，以便计算机调用程序时，可以快速载入处理器。忆容器不仅能存储电量，还可以根据过去的电压改变电容，这就赋予忆容器存储和处理信息的双重能力。忆感器则集二者所长，它拥有两个终端，可以像忆容器一样存储电量，同时又像忆阻器一样让电流通过。目前忆感器依赖磁性大线圈，造成体积过大的尴尬局面，难以运用于小型计算机，这个问题暂时只能寄希望于材料科学的研究。
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