Memristör’e Dayalı Analog Kaotik İşlem Birimi

Memristörler üzerlerinden geçen akıma göre dirençleri değişen ve değişken direnci hafızalarında tutabilen teorik olarak 1971'de ortaya konulsada 2008 yılına kadar gerçekten üretilememiş bir devre elemanıdır. Bilim adamları bu analog devre elemanlarını kullanarak oluşturdukları kaotik düzenler sayesinde belirli problemlere süper bilgisayarlar kadar hızlı çözümler üretebiliyor.

A- A+

16.10.2017 tarihli yazı 9061 kez okunmuştur.

Memristör Analog Devre Kaotik Sistemler

Gün içerisinde kendinizi gerçekten bezgin hissettiğinizde, aynı zamanda beyninizde ki kaosu da fark edebilirsiniz. “Kaosun köşesinde” bilim adamlarının beynimizin çalışma biçimine verdikleri tanımlama ve bu aslında iyi bir durumu ifade ediyor. Beynin kaotik sınırda çalışması büyüdükçe çözümleri zorlaşan türden problemleri çözebilecek türde hızlı, verimli analog hesaplamalara olanak tanıyan bir durumdur. Sorun şu ki, elektronikle bu türden kaotik hesaplamaları simüle etmeye çalışıyorsanız hem kaotik olarak çalışan hem de büyük bir sistem oluşturacak şekilde ölçeklendirilebilecek bir bileşene ihtiyacınız var.

Memristör Nedir?

Leon Chua, memristörü “Kayıp Devre Elemanı: Memristör” başlıklı bir makaleyle duyurdu. Chua, makalesinde direnç, kapasitör ve indüktör gibi temel devre elemanlarına benzer, iki terminalli, “kayıp” bir elemanın olduğuna ilişkin kanıtlar sunuyordu.

Chua akının yüke göre türevi şeklinde tanımlanan memristör’ü de M harfi ile göstererek aşağıdaki bağıntıyı yazdı:

Memristörün manyetik akı ile yük arasındaki kurulan bu ilişkisi, aslında onun içinden geçen yük miktarına bağlı olarak değeri değişen bir direnç gibi davranacağını söylüyordu. Ancak memristörün sonradan ortaya çıkacak olan daha önemli özelliği, akım geçip gittikten ve bittikten sonra dahi bu değeri aklında tutabilmesiydi. Chua’ya göre memristörde bir memristans (İngilizce “memory resistance” sözcüklerinden geliyor) yani bellek direnci bulunmalı. M harfiyle gösterilen bu direnç, diğer deyişle memristans Chua’nın ifade ettiği gibi, yük ve akı arasındaki bağıntısıyla ifade ediliyor.

►İlginizi Çekebilir: Hawking Işıması Nedir? | Kuantum Dersleri

John Paul Strachan ve R Stanley Williams son zamanlarda belirli bir memristor tipinin belirli bir konfigürasyonunun kontrollü kaosun tohumunu içerdiğini ortaya koydu. Dahası, Hopfield sinir ağı adı verilen bir devre türü üzerinde simülasyon yaptıklarında, son derecede zor olan “yolculuk eden satıcı” probleminin 1.000 örneğini watt başına saniyede 10 trilyon işlem yaparak çözebilecek kapasiteye sahip olduğunu gösterdi.

“Seyahat Eden Satıcı “ problemine göre, satış görevlisi, müşterilerinin şehirlerini iki kez ziyaret etmeden dolaşmasını sağlayan en kısa yolu bulmalıdır. Zor bir sorundur çünkü eklediğiniz her şehirle birlikte katlanarak daha da zorlaşır.

Araştırmada kullanılan bileşene Mott memristor deniyor. En tanıdık türü, dirençli RAM (ReRAM veya RRAM) olarak adlandırılır. Mott memristörlerin ısıya bağlı olarak direnç değişikliğini yansıtmaları gibi bir özelliği de vardır.

HP Laboratuar ekibi memristörünü iki katmanlı titanyum nitrit arasında sıkıştırılmış 8 nanometre kalınlıkta niyobyum dioksitten (NbO2) yaptı. Alt titanyum nitrür tabaka 70 nanometre genişliğinde bir sütun biçimindeydi. Leon Chua tarafından 1971 yılında teorik olarak ortaya konulan memristörü icat eden Williams, "Bu memristorun kaotik ve kaotik olmayan sinyaller üretebileceğini gösterdik" diyor.

Williams bir gün bu "analog hesaplama motorları" nı, optimizasyon problemlerini hızlandırmak için gömülü sistemlere uygulamayı düşünüyor. Fakat bundan önce birçok adım var. Birincisi, sistemi inşa etmek ve bunun ne kadar iyi ölçeklendirildiğini araştırmak. Ayrıca performanslarını en iyi algoritmalara ve donanımlara göre doğru bir şekilde ölçmek gerekmekte.

►İlginizi Çekebilir: Kaotik Haberleşme Nedir?

Williams: "Herkes yeni bir malzeme kullanarak transistörü yeniden icat etmeye çalışıyor. Mükemmel bir transistor üretmiş olsanız dahi, ne olursa olsun, ölçeklendirilmiş bir CMOS'u yenemeyeceksiniz. Önemli olan kullandığınız yeni malzeme ile birlikte bir transistörün yaptığı işten fazlasını yapabiliyor musunuz? Ürettiğiniz yeni işlemci birimi ile 100 ya da 1000 transistörün yaptığı işi tek bir bileşenle yapabilecek misiniz?” Williams ve ekibi memristorlar ile bunu başarabileceklerine inanıyor.

Kaynak:

►spectrum.ieee.org
►İ.Buğdaycı, “Elektroniğin Kayıp Halkası Memristör”, C1.S1.M10.1 Fizik Dünyası 2012