重磅：三進位存儲器可運行計算任務！

導讀

存儲晶元，一般都是用於數據的存儲和訪問。然而，傳統意義上講，計算任務，一般是由處理器晶元來完成。可是，最近一支國際性科學家團隊找到了一種創新途徑，設計了一種三進位系統存儲晶元。它即不同於傳統的二進位數字系統，又可以拋開處理器，自己運行「計算任務」。

顯微鏡下的 ReRAM電路

（圖片來源於: Wonjoo Kim, Peter Grünberg Institut 7, Forschungszentrum Jülich GmbH）

簡介

這種新型存儲器晶元是由新加坡南洋理工大學、德國亞琛工業大學、 歐洲最大的跨學科研究中心德國尤利希研究中心聯合開發。

南洋理工大學的助理教授Anupam Chattopadhyay 、德國亞琛工業大學的教授 Rainer Waser、德國尤利希研究中心的 Vikas Rana博士，參與了這項開發。

最近，這項科學發現發表於《科學報告》雜誌（自然出版集團下屬的一個同行評議的雜誌）。

ReRAM

這項研究使用了基於氧化還原反應的可變電阻式存儲器（ReRAM）。

ReRAM 一般是通過改變絕緣固體材料的電阻，實現數據存儲的電子器件，它的原理基於憶阻器。

惠普實驗室設計的憶阻器

（圖片來源於：維基百科）

它既有可以和DRAM媲美的讀寫速度，又具有固態硬碟的非易失性，是即將商用的速度最快的存儲器模塊。

目前，致力於ReRAM 商業化和開發企業，包括閃迪、惠普、索尼、松下、美光、海力士等等。

三進位

目前，市場上所有的計算機處理器，都使用了二進位系統，即數據由兩種狀態組成，0或者1，例如字母B，在計算機內就存儲為「01000010」的形式。

數字1到27，三進位（第一行）、二進位（第二行）、十進位（第三行）數字對照表。

(圖片來源於：維基百科)

然而，ReRAM 電路所表示的數據狀態，並不是0和1兩種，它可以存儲和處理數碼有：0、1、2，即「三進位數字系統」，從而可以存儲更多的數據狀態。

原因就是，ReRAM使用不同的電阻來存儲信息，從原理上來說，可以突破現有二進位系統的限制，顯著提升計算任務的處理速度。

來自南洋理工大學的計算科學和工程系助理教授 Chattopadhyay 是該存儲器三進位系統的主要設計者。他認為在目前的計算機系統，所有的信息在計算處理前，必須以一連串的0或者1的數據形式存儲。所以，他解釋道：

「這好比使用小型翻譯器和某人進行長篇對話，這會是一個耗時耗力的過程。我們現在增加這個小型翻譯器的容量，使它可以更加有效地處理數據。」

計算

目前，移動設備和電腦，都是沿用傳統的體系結構，從內存中獲取數據，然後傳輸到處理器單元，再進行計算。

然而，南洋理工大學設計的這種具有計算功能的存儲器，無需在處理器和存儲器之間進行數據傳輸，不僅節省了時間，而且降低了能耗。

意義

計算機軟體正在變得越來越複雜，數據中心需要處理比以往更大量的數據。所以，對於全球產業來講，尋找更加快速高效的計算處理，是目前最迫切的需求之一。

相比當前的計算機和移動設備中的處理器速度，該存儲器設備的速度可提高達兩倍或者兩倍以上。存儲器晶元能夠完成計算任務，就無需處理器對於數據的處理，這樣不僅速度會加快，而且空間上可以節省不少，讓電子設備變得更小和更輕。

研究人員認為，因為ReRAM 接近商用和上市，所以使用ReRAM進行計算，會比其他即將到來的計算技術成本更低。

Waser 教授解釋道：

「ReRAM，目前是一種通用非易失存儲器的概念。這些設備能耗低、速度快，體積可以壓縮的更小。它們不僅可用於數據存儲，也可以用於計算，為在信息技術中更加有效的利用能源，開闢了一條全新的途徑。」

ReRAM性能卓越，它不僅具有長期的存儲容量、低能耗，也可以進行納米級製造。很多半導體公司，紛紛被吸引，投資研發這項技術。同時，它也將對於革新消費電子和可穿戴產品的設計產生深遠的影響。

未來

這個研究團隊目前正在尋找行業合作夥伴，利用這項重要科學進展。

與此同時，研究人員也在進一步開發ReRAM，未來有望處理比三進位更多的狀態，更大幅度地提高計算機計算速度。

另外，他們也希望在實際的計算場景中測試這項技術的性能。

參考資料

【1】http://media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=1fcb4383-4482-4be9-8298-27b5ae88b572

【2】Wonjoo Kim, Anupam Chattopadhyay, Anne Siemon, Eike Linn, Rainer Waser, Vikas Rana.Multistate Memristive Tantalum Oxide Devices for Ternary Arithmetic. Scientific Reports, 2016; 6: 36652 DOI: 10.1038/srep36652