在这篇文章中小编我将会给大家介绍一种新型的电子元器件记忆电阻。它是一个非常细小的开关元件，可以最终改变计算机类设备对于存储数据的方式。从理论上来说，新的的半导体制程工艺技术，让NAND型闪存芯片记忆体取代了DRAM内存和传统的HDD机械硬盘。然而NAND受限于物理定律和原子的直径我们很难在小小的闪存芯片中集成更多的存储单元了。但是忆阻器的出现或许会成为NAND型闪存的继承人。

  在1971年，非线性电路理论先驱、美国加利福尼亚大学伯克利分校的华裔科学家蔡少堂就从理论上预言，除电容、电感和电阻之外，电子电路还应该存在第四种基本元件——忆阻。实际上，忆阻是一种具有记忆功能的非线性电阻，可通过电流的变化控制其阻值的变化，如果将忆阻的高阻值和低阻值分别定义为１和０，就能够最终靠二进制的方式来存储数据。

  如今，美国惠普公司实验室的斯坦·威廉斯和同事在进行极小型电路实验时终于制造出忆阻的实物模型。威廉斯等人在新一期英国《自然》杂志上撰文说，他们像制作三明治一样将一层纳米级的二氧化钛半导体薄膜夹在由铂制成的两个金属薄片之间。这些材料都是标准材料，制作忆阻的窍门是使其组成部分只有５纳米大小，也就是说仅相当于人的一根头发丝的１万分之一那么细。

  科学家指出，只有在纳米尺度上，忆阻的工作状态才可以被察觉到。他们盼望这种新元件能够给计算机的制造和运行方式带来革命性变革。科学家说，用忆阻电路制造出的计算机将能“记忆”先前处理的事情，并在断电后“冻结”这种“记忆”。这将使计算机能反复立即开关，因为所有组件都不必经过“导入”过程就能即刻回复到最近的结束状态。

  当忆阻作为电器元件时，我们大家可以对其施加不同的电流，使其进入到不同的状态，并且忆阻元件会记住这种状态，即使是施加的电流消失后，仍然会保持着这种状态。换句话说，它可以充当非易失性闪存的替代品。

  2000年之后，研究人员在多种二元金属氧化物和钙钛矿结构的薄膜中发现了电场作用下的电阻变化，并应用到了下一代非挥发性存储器-阻抗存储器(RRAM)中。2008年4月，惠普公司公布了基于TiO2的RRAM器件，并首先将RRAM和忆阻器联系起来。2009年12月，研究员可以构建一个忆阻组成的三维数组，可以存储每一个数据地址。因此，能够最终靠忆阻来存储和读取大量的信息。

  上面这张图片是在原子显微镜下拍摄的，17排忆阻电路。这种设备的制造原理并不困难，就是传统的光刻技术，由二氧化钛组成的非常薄的微型导线被部署在硅涂层下面，然后第二个数组线路被纵横部署在上面，如果导线相交就创造出了记忆电阻。根据惠普的研究员介绍，在实验室中，科学家已经制作出精细到3nm的元件。相信你听到这一条消息已经很振奋，想必这将对未来的存储行业产生巨大的变革和影响。

  根据研究表明，这些元器件的切换和开关速度仅为1毫微秒，这样的速度已经超越了NAND型闪存，性能直逼DRAM。经过惠普的研究员的测试，忆阻元件能可靠的读取和写入成百上千次数据数据，这一点要比统闪存芯片强许多。研究员现在可以在忆阻数组中创建数千个bit位，同时这种架构也允许将各个忆阻数据连接起来。由此它也就具备了非易失性存储器的一个重要的特性——结构容量的可扩充性。

  之所以忆阻元件得到了广泛的关注，就是因为在半导体行业内，有许多人预测，NAND型闪存芯片即将走到历史的尽头。它目前是最流行的非易失性记忆体解决方案，被广泛的用于便携式音乐播放器、只能电话、固态硬盘等应用领域中。尽头大多数闪存芯片采用的是30至40nm制程工艺，而来年产业龙头的制程工艺在20至30nm之间。一些闪存芯片制造商如三星表示，未来能够继续扩大闪存芯片的容量，逐步提升闪存的规格。又如SanDisk这样的闪存巨头也在积极提供全新的闪存架构与封装技术，让每一个闪存单元存储下更多的bit数据位。

  但是目前仍然有许多人开始担心，闪存技术已无法扩展到更小的几何尺寸了。因此许多公司正在寻找闪存的替代品。例如相变存储器，它能够给大家提供更强的存取速度，更小规模的存储节点。

  相变存储器（phase change memory）,简称PCM，利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的。

  初次听到相变这个词,很多读者朋友会感到比较陌生.其实,相(phase)是物理化学上的一个概念,它指的是物体的化学性质完全相同,但是物理性质发生明显的变化的不同状态.例如水有三种不同的状态,水蒸气(汽相)，液态水（液相）以及固态水（固相）。物质从一种相变成另外一种相的过程叫做‘相变’例如水从液态转化为固态。

  在很多物质中相变不是大家想象的只有气，液，固，三相那么简单。例如我们这里介绍的相变存储器是利用特别的材料在晶态和非晶态之间相互转化时所反映出来的导电性差异来存储数据的。所以我们叫做相变存储器。

  这种技术有点类似于一个可重复擦写的光盘。Numonyx恒忆，原本是Intel与意法半导体的合资公司，目前正式由美光科技收购。他们声称会在2008年下半年推出相变记忆体产品，并且开始在2010年上市销售，不过目前我们并未在市面上看到它的身影。而三星也笃定相变存储是未来的趋势，他们已有实际的工程样品，但是距离真正量产和普及还为时尚早。

  而目前惠普看好忆阻器技术，正在将技术蓝图实施于产品生产的过程中。换言之惠普目前已步入试产阶段。如果一切都很完美的线个月中看到忆阻存储设备的原型，再经过18个月的改进我们就能够正常的看到真正忆阻产品的上市。

  惠普不会自己开工厂生产忆阻器产品，相反他们会通过合作伙伴关系用半导体业界最为典型的代工关系进行产品的生产。根据惠普的研发人员表示，忆阻器的生产制造并不会需要特别的技术，也不必使用特殊的材料。很可能兼容现有的半导体光刻技术。二氧化钛在世界上每一个半导体芯片制造工厂都能够找到。在未来几乎任何人都能够正常的使用他们的设计。惠普预计未来3年内，能轻松实现4层25nm制造工艺技术，所生产的忆阻存储器的存储密度高达每平方厘米20GB。这是因为忆阻的交叉结构可以让芯片有更多的存储空间。惠普的研究员预计，使用同样的制造工艺技术能比闪存的容量高至少2倍。

  此后，当制程工艺跨越到3nm的时候，小编我认为这项技术能比目前的闪存芯片的存储密度大的多。可以说忆阻器技术天生的制造成本就要远远低于其他任何记忆体制造方案。因为它很有简单的结构，便于部署和设计。虽然目前闪存芯片非常普及，但是在不久的未来忆阻器将席卷而来，全面取代我们的闪存，成为存储业界的霸主。

  单纯作为NAND型闪存芯片的替代者，在存储业界打混并不是忆阻器唯一的应用。最近小编我得到一些消息，忆阻元件并非仅仅用在存储领域，同样也能够适用于半导体逻辑芯片中。其中惠普公司已经宣布，他们所研制的芯片可以执行逻辑功能。换句话说，忆阻器既可当作一个存储单元件，同时也可当作逻辑执行元件。它是一道锁，也可以是一道门。

  忆阻器最初的用途可能是用来代替闪存为存储业界提供更高规格的存储解决方案。而跟着时间的推移，他们能够作为一个大型数据中心在DRAM与HDD之间的缓冲层。此后忆阻器产品将直接接管闪存和硬盘成为终极存储产品。但是在这种情况下，忆阻器内的数据仍然需要处理器这样的逻辑执行芯片进行处理。

  而在忆阻器的终极形态下，你能够获得一个更有趣的应用。存储设备一样能完成数据的计算和处理。你可以决定芯片中哪些部分是用来存储数据的，同样在这块芯片中哪些部分是用来处理数据的。忆阻器最终的应用样子应该是处理器与存储器的合体。

  忆阻器的发明人蔡少棠先生曾静指出，与晶体管电路相比，忆阻型电路有着更多的优点。用一个具体的事实作例证，我们的大脑就是典型的忆阻型逻辑架构。神经元以网络的方式彼此互相联系在一起，各个神经元既起到了存储数据的作用，更起到了处理数据的功能。因此忆阻型计算机会更接近于人脑。这是与冯诺依曼体系结构完全不同的计算架构。

  忆阻器的最有趣特征之一，是它可以记忆流经它的电荷数量。也就是说，它能够记住过去了的事情，这种记忆不但可以是1和0这么简单，还能够包括从1到0之间所有的“灰色”状态，这类似于人类大脑搜集、理解一系列事情的模式。当前，许多研究人员正试图编写在标准机器上运行的计算机代码，以此来模拟大脑功能，他们使用大量有巨大解决能力的机器，但也仅能模拟大脑很小的部分。忆阻器的出现，让科学家能够用一种不同于编写计算机程序的方式来模拟大脑，或模拟大脑的某种功能，构造出基于忆阻器的仿生类大脑功能的硬件。这样的计算机可以做许多数字式计算机不太擅长的事情，例如图形识别，甚至是学习。

  也正是因为如此，我们大家可以用电流来统计实际的工作量，而不是传统的数字信号的开与关。而最初的忆阻设备会采用传统的数字设备架构，这样会更易与现有的设备兼容。而未来一个纯忆阻的计算机体系结构将被提出。这样的宏伟蓝图需要相当长的一段时间才能实现。与此同时，惠普表示未来3年内，忆阻存储产品将成为闪存的竞争对手。

  上面这些文字看起来不错，它为我们展现出了一片崭新的计算领域。但是从实验室到最总零售商店，忆阻器还有相当长的一段路走，依照惠普的消息，至少我们要等上3年。慢慢等待……