假如你的MP3已經裝滿了曲子，而你覺得每次要刪掉一只曲子才能下載新的曲子就像是在進行一次文化謀殺的話，那么憶阻器技術就會幫你的大忙。

　　這是自晶體管出現以來的一種全新的電子器件，可以說是一種比閃存更快、更耐用，也更便宜的替代品。其存儲容量是閃存的兩倍，可以有足夠的空間儲存下從倫納德·伯恩斯坦[美國作曲家(1918-1990)——譯者注]到Lady Gaga的所有樂曲。

　　“如果我們想要重新設計今天的計算機技術，那就應該使用憶阻器內存，”惠普實驗室量子科學研究小組的高級研究員兼負責人R.Stanly Williams說。“對于未來的電子學而言，這是一種非常重要的架構。”

　　憶阻器，實際上就是帶內存的電阻，最早是由加州大學伯克利分校的教授Leon Chua發明的，但是惠普實驗室的憶阻器原型卻直到2008年才進行過公開演示。

　　為了構建其憶阻器，惠普使用了二氧化鈦和鉑金的疊壓;在電子顯微鏡下看，它們就像是一系列長長的平行山脊。而在表層下面是另一層與其成直角的相同結構，從而形成了一個類似網格的陣列。

?

　　二氧化鈦和鉑金的十字交叉疊壓層的顯微鏡圖像，從而產生了一行憶阻器。

　　Williams稱，“你可以把它想象成一系列只有2到3納米長的管子。”(1個納米是1米的10億分之一，粗略地講相當于頭發絲直徑的萬分之一)關鍵在于任意兩條相鄰的導管可以用表層下的一個電子交換器來連接，從而生成一個內存單元。通過調整導管兩端的電壓，科學家們便可打開或者關閉微型電子交換器，從而像傳統的閃存芯片那樣存儲數據。

　　這些叫做電阻式RAM(ReRAM)的芯片大致可儲存比同樣面積大小的閃存芯片多兩倍的數據，而其存取速度卻要比閃存快上1000倍，而且其反復讀寫次數可達百萬次以上，是閃存的10倍。ReRAM的特殊優勢還在于，其讀寫速度相當，而閃存寫數據的時間則要比讀數據的時間長很多。

　　惠普與韓國的Hynix公司已經在聯手開發可批量生產的ReRAM芯片，這些芯片可用于各種小型設備，例如音樂播放器(可存儲TB字節的音樂)、視頻播放器和電子書等。此類芯片預計會在2013年的某個時候上市。

　　ReRAM還可取代電腦中的DRAM。由于其所具有的不揮發性質，ReRAM即便在系統關機或者斷電時，其儲存的內容也不會消失，這是和DRAM不同的。事實上，Williams甚至認為，ReRAM可能會開啟一個所謂即時計算的時代。要知道，今天的電腦即便沒有完全關機，只是進入睡眠狀態，要想喚醒它訪問數據也需要數秒到一分鐘的時間。而配備了ReRAM的設備，無論何時開啟設備皆可即時響應。

　　惠普實驗室的R. Stanly Williams：“我們能夠在10年內研制出Pb傳輸速率的芯片。”

　　Williams認為，更重要的是，憶阻器還可以在一塊芯片內進行堆疊，構成憶阻器陣列，從而有可能創建3D內存元件，更好地利用芯片的內部空間。和傳統的只利用表層面積的芯片不同，這些內存元件可以深植入芯片內部，在同一個物理空間內生成更多的內存空間。

　　“能夠堆疊多少層基本上沒有什么限制，”Williams補充道。“我們能夠在10年內研制出Pb傳輸速率的芯片。”這將是一個擁有百萬GB的存儲空間，足可在一塊指甲大小的芯片上儲存全球一年內所生產的所有值得保存的高清視頻。

　　“憶阻器的首個應用應該是內存，”NIST的Seiler說，“但它的用途要比這廣泛得多。在內存之外它擁有廣闊的天地。”

　　盡管其普及似乎還遙不可及，可能需要20年甚至更長時間，但這一技術肯定將會改寫基本的電腦設計。2010年，惠普的研究人員已發現，憶阻器除了存儲用途之外，還可以進行邏輯運算，這就意味著從理論上說，存儲和計算兩種功能可以在同一芯片上進行。

　　Williams說，“一塊憶阻器芯片便可替代好幾塊電路，這將會簡化計算機的設計、制造和操作。”比如說，一塊憶阻器就能夠完成目前的處理器緩存中構成一個靜態RAM單元的6個晶體管的工作。

　　在Williams看來，利用憶阻器技術甚至可能創建人工神經元，可模仿人腦進行工作。但是在下一個十年或者更長一些時間之內，還不存在這種可能性。

　　IBM物理科學部的主任Supratik Guha稱，憶阻器肯定會改寫電子學的規則。但是這項技術還需要進行不斷的驗證。“它確實有可能做成內存元件，但是和其他任何技術一樣，在它能跑之前必須先學會走，而在能走之前必須先學會爬行。”

　　換句話說，憶阻器技術不可能一夜之間出現。在它能夠取代流行的DRAM或者閃存之前，還需要經過漫長的演進過程。

　　可變化的芯片：可編程的層

　　從速度最快的處理器到最小的內存模塊，電子工業今天所使用的每塊芯片差不多都是一樣的：它的有源元件都只利用了芯片硅材表面上大約1%到2%厚度的淺表層。

　　這種情況將會在未來幾年內出現改變，因為芯片廠商都在芯片的厚度方向上進行挖掘，以便制作出越來越多的元件。比如英特爾已經在把一些成品芯片粘合在一起，羅切斯特大學的研究人員已經設計并研制出了層層相疊的3D電路。但是據IBM的Guha觀察認為，這兩種方法都過于復雜和昂貴了。

　　但如果我們能找到什么辦法讓電路可以按需重新排列的話，那么我們還需要把有源元件分成好幾層嗎?這種做法就是Tabula Spacetime技術公司所研制的ABAX芯片的設計思路。

?

　　ABAX芯片上可重編程電路層的完美設計思路。

　　和以往將數層的硬連線元件永久性蝕刻在硅片上無法更改的做法不同，ABAX采用了可重編程的電路，這種電路可根據需要改變自身的功能。已經研制出的ABAX產品可在轉瞬之間進行電路變更，相當于一塊8個不同芯片層重疊的芯片。

　　“我們可以把它想象成一座8層樓高的倉儲超市，”Tabula總裁兼CTO Steve Tieg說。“你可以乘電梯上下各樓層，購買不同的物品。”但是和實際重疊8個不同的物理層，每層都有自己的物品排列和分類不同，Tabula的芯片實際上只有一層，但它找到了一種辦法，可以按需進行重新配置和變更。

　　“這就好比當你還在電梯間上下時，樓層的內部已經重新安排了一遍，用不同的物品呈現出不同的布局，”Tieg補充道。“從外部看仿佛有8層樓高，但實際上卻只有1層。”

　　為了進行功能變更，需要為該芯片的可重編程電路輸入下一系列操作所需的各種任務和責任，這一過程只需80微微秒——這一速度比芯片的計算周期快1000倍。因此在芯片等待其下一個計算指令期間，便可瞬間變更電路層的布局。

　　毫無疑問，ABAX真可謂以少勝多。它可利用傳統的半導體工藝技術制作，而其成本也與制作一塊傳統芯片差不多。盡管這種設計思路也只用到了芯片的淺表層，但是單這一層便相當于8塊不同的芯片。按照Tieg的說法，該技術可成倍地增加電路的密度，內存和視頻流量可提升3.5倍。

　　這種設計思路預示著一個半導體新時代的來臨，在無須增加成本和額外耗電部件的情況下，單一電路層便可取代多層電路或者增加多種功能。“芯片的虛擬化運行可以在效率和靈活性方面獲得極大收益，”NIST的Seiler說。“關鍵問題就在于如何對其編程。”

　　Tabula總裁兼CTO Steve Tieg：“從理論上講，能層疊多少層是沒有限制的。”

　　迄今為止，半導體行業的主攻方向主要是處理器、圖形芯片和內存芯片，而Tabula則主要關注有特殊用途的芯片市場。這些芯片是網絡時代的馱馬，它們主要用于無線路由器和手機發射塔等設備。

　　下一步，Tabula計劃針對一些主流電子設備制作芯片，比如數碼相機、視頻游戲機，甚至有可能是全功能計算機。該公司目前的8層設計已進入生產階段，12層芯片的研制正在順利進行，而20層芯片的設計已經上了繪圖板。“從理論上講，能層疊多少層是沒有限制的，”Tieg稱。