Memristoren für zukünftige Rechnersysteme

Abstract

Als Memristor bezeichnet man eine Klasse von elektronischen Zweitor-Bauelementen, deren Strom-/Spannungsverlauf eine zumeist durch den Nullpunkt verlaufende eingeklemmte Hystereseschleife aufweist („if it’s pinched it’s a mem- ristor“). Memristoren bieten interessante Eigenschaften wie hohe Speicherdichten, niedrige elektrische Leistungen beim Schreiben und Lesen, Multibit-Speicherfähigkeit und CMOS-kompatbile Herstellungsprozesse. Darüber hinaus lassen sich Memristoren nicht nur zum Speichern, sondern auch zum Verarbeiten von Daten nutzen. Memristoren werden zukünfti- ge Rechensysteme auf verschiedenen Ebenen verändern und mehr in Richtung hin zu Speicher-zentrierten Architekturen verschieben. Dies beginnt bei noch weitgehend konventionellen Ansätzen wie den sog. Storage-Class-Memories, einer neuen Speicherhierarchieebene zwischen Arbeits- und Hintergrundspeicher, und endet bei unkonventionellen Near- und In-Memory-Architekturen, in denen Speichern und Verarbeiten von Daten ohne räumlich große und damit vergleichsweise Energie-intensive Datenbewegen zwischen Prozessoren und Speicher stattfindet. Ferner bieten Memristoren durch die dem biologischen Vorbild eines neuronalen Netzes weitgehend entsprechende direkte Nachbildung von Synapsen als flexible elektrische Widerstände vielfältige Möglichkeiten zur Realisierung neuromorpher und biologisch-inspirierter Schaltkreise und Architekturen.