テキサス A&M が新しい回路要素: メミンダクターを発見

テキサス A&M の研究者は最近、新しい回路素子であるメミンダクタの基礎を形成する「メミンダクタンス」を実証しました。 これまでの研究者はメモリ抵抗とメモリ容量の両方を実証しており、テキサス A&M からの貢献は科学界に大きな飛躍をもたらしました。

基本的な回路要素の「mem」バリエーションは、趣味のブレッドボードでは一般的ではないかもしれませんが、コンピューティングおよび AI/ML アプリケーションではかなりの有用性を実証しています。 memristor は、発見が早かったため (memcapacitor の場合は 2008 年と 2019 年)、おそらく現在最も一般的です。 しかし、コンポーネントについての理解が深まるにつれて、その有用性は飛躍的に高まる可能性があります。

この記事では、テキサス A&M の研究に焦点を当て、デザイナーにミーミンダクティブな行動がどのように発見されたかを示します。 また、完成した「mem」デバイスの三位一体が将来どのように役立つかについても説明します。

「mem」接頭語は、回路要素に何らかの形式のメモリが組み込まれていることを示します。 また、メモリはランダム アクセスや読み取り専用の種類ではありませんが、新しいアプリケーションで独自の特性を活用できるようになります。

たとえば、メモリスタは最近の研究で無数に使用されています。 そのような例の 1 つでは、哺乳類のパターン認識にヒントを得た画像処理にメモリスタが使用されました。 Memristive デバイスは、デバイスの抵抗が変動するため、中央プロセッサが計算を実行しないコンピューティング イン メモリ アーキテクチャを実現するためにも使用されています。

簡単に言えば、「mem」デバイスは、以前の状態に応じて変化する可能性のある特性 (抵抗、静電容量、インダクタンス) を示します。 このように、要素には「メモリ」があり、以前の状態に依存しない非メモリ デバイスとは区別されます。

メミンダクターはしばらく理論化されてきましたが、テキサス A&M グループの最近の発見に先立って、真の 2 端子デバイスの決定的な証拠はまだ観察されていません。 これは、特に望ましい効果が最も強い低周波数において、直列抵抗が誘導特性を事実上覆い隠すためです。

直列抵抗の影響を打ち消すために、グループは、メミンダクタンスの影響を分離するために、デバイスの動作に対する直列抵抗の影響を効果的に差し引く賢明な技術を採用しました。 抵抗は容易に測定でき、理想的には周波数によって変化しないため、抵抗値を測定する作業はほぼ簡単になります。

実験的なメミンダクターを作成するために、テキサス A&M グループは、印加電流に関連してインダクタンスを受動的に変更できるメカニズムを必要としていました。 研究チームは、2つの磁石の間に強磁性材料を部分的に含むロッド上に空気巻きコイルを配置した。 この設定 [GIF リンク] では、コイルを流れる電流が変化すると、コイルが強磁性ロッドに対して移動し、インダクタンスが変化します。

実験設定の結果 (論文の補足情報に示されています) は、よく知られている直列抵抗の影響を差し引くことでメミンダクティブ特性が観察できることを示し、受動的な 2 端子メミンダクタンスの実験的証拠を提供します。

新しい回路要素は、リアクティブデバイスの消費電力を削減し、より効率的なコンピューティングを提供する可能性があります。 この新しいコンポーネントを使用すると、AI および ML 分野はニューロモーフィック コンピューティングの改善による恩恵を受け、ハードウェア対応のパフォーマンス向上が可能になる可能性があります。 高性能コンピューティングの分野でも、meminductor のプログラマブルな特性の恩恵を受ける可能性があり、CPU に多大な計算負荷を必要とせずに、複雑な計算や高密度の計算をメモリ内で直接実行できるようになります。

meminductor を物理的に実現すると、3 つの基本回路要素のそれぞれに mem 対応物が与えられます。 この研究開発は、ムーアの法則が限界に達している中で、絶好のタイミングで行われました。 エンジニアが前世紀の開発を推進してきた勢いをさらに拡大するにつれて、メミンダクターは継続的なイノベーションにおいて役割を果たすことができる可能性があります。