دیگر همه مي‌دانیم که ایده ممریستور در دهه هفتاد مطرح شده و سال 2008 نیز در مرکز تحقیقات اچ‌پي به مرحله عمل رسيده است؛ عنصر غیر فعال دو سری که مانند مقاومت، خازن و سلف (سیم پیچ) به عنوان عنصر پایه در مدارات الکتریکی مطرح شده است و سرنوشتی همچون ترانزیستور در انتظار آن است. نکته جالب اين‌که اگر خود را در چند سال آینده تصور کنیم و به گذشته هم نگاهی بیاندازیم، شاید از این همه هیجان و ابراز شگفتی خود، شگفت زده شویم. اما باور کنید، هم اکنون چیزی بیش از اختراع ترانزیستور در حال روی دادن است. ترانزیستور، با همه انقلابی بودنش، یک عنصر پایه دوسر غیر فعال به حساب نمي‌آید و در ترکیب با عناصر پایه‌ای که در بالا به آن‌‌ها اشاره شد، تغییرات وسیعي در زندگی بشر پدید آورد. اما اکنون با یک انقلاب تمام عیار مواجه هستیم که خود عنصری پایه در مدارات محسوب شده و اختراع (یا کشف) آن مي‌تواند به منزله اختراع (یا کشف) یک حرف جدید در الفبای یک زبان به شمار آید. به همین دلیل، تمام دانش مهندسی برق با استفاده از حروف قبل و این حرف جدید، قابل بازنویسی است.با اين اوصاف، باید گفت که در آیند‌ه‌ای نه چندان دور، مهندسان برق و کامپیوتر باید آنچه را که تاکنون خواند‌ه‌اند، به‌طوکلی مورد تجدید نظر قرار داده و خود را آماده ورود به دنیای جدید کنند. مؤلفان کتاب‌های درسی دانشگاهی و اساتید مختلف نیز به آرامي خود را آماده دنیای نوين مهندسی برق با اين المان جدید مي‌کنند.اما این همه جار و جنجال برای چیست؟ واقعاً چه چیزی در پس اختراع ممریستور نهفته است؟ ممریستور به چه درد مي‌خورد؟ و چه تأثیری در آینده خواهد گذاشت؟
به احتمال، تاکنون درباره ممریستور، فايده‌ها و تاریخچه ساخت آن و این‌که عنصر چهارم پایه مدارات الکترونیکی است، بسیار شنیده‌اید، اما درباره موارد کاربردي آن در آینده کم مي‌دانید. با گشتی در اینترنت نیز به سادگی مي‌توان دریافت که میزان اسناد و اطلاعات موجود در زمینه کاربرد‌های ممریستور، بسیار کمتر از تاریخچه و چگونگی اختراع آن توسط اچ‌پي است. به طور كلي، کاربرد‌های ممریستور را مي‌توان به دو بخش تقسیم کرد: بخش اول، کاربرد مستقیم ممریستور در مدارات دیجیتال و جایگزینی آن به عنوان عنصر مهمي از مدارات دیجیتال و حذف انواع گیت‌‌ها و اتصال‌ها است. در این حالت، کوچکی، سرعت بالا و انرژی مصرفی کم آن مورد توجه قرار مي‌گيرد. بخش دوم کاربرد ممریستور، استفاده از آن در مدارات جدید و معماری‌‌های جدید و انقلابی است که به شدت آینده سیستم‌‌های الکترونیکی را تحت‌تأثیر قرار داده و دانشی جدید را پدید خواهد آورد. در این حالت، علاوه بر قابلیت‌‌های کوچک، سرعت بالا و انرژی مصرفی کم، خصوصیات ذاتی ممریستور و شباهت آن با سیناپس‌‌ها نقش پررنگ‌تری دارد و مدارات منطقی و الکترونیکی را کاملاً متحول خواهد کرد.

تحول در فناوري ذخیره سازی
 

یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های ممریستور که در بخش اول دسته‌بندی مي‌شود، ارائه راهکار‌های جدید و جایگزینی فناوري‌‌های موجود ذخیره سازی از جمله DRAM است. همان‌طور که مي‌دانید، در کامپیوتر‌های امروزی با قطع انرژی الکتریکی، تمام محتویات حافظه DRAM پاک شده و برای بازیابی سیستم، فرآیند زمان بر، کند و انرژی بر Boot-Up اجتناب ناپذیر است.
در عوض، کامپیوتر‌های مبتنی بر ممریستور با قطع برق، اطلاعات خود را از دست نخواهند داد و به میزان قابل توجهی در زمان و انرژی صرفه جویی مي‌کنند. به همین دلیل، شاید روزی بتوان کامپیوتر خود را مانند یک لامپ روشن کرد. به علاوه، استفاده از ممریستور در دستگاه‌‌هایی مانند کامپیوتر‌های همراه، گوشی‌‌های موبایل، پخش‌کننده‌‌های همراه، دستگاه‌‌های بازی و... در زمینه افزایش عمر باتری و کاهش مصرف انرژی تأثیر به‌سزایی خواهد داشت. این در حالی است که ممریستور‌ها بسیار سریع‌تر از فناوريDRAM هستند و از نظر اندازه نیز کاملاً نسبت به آن برتري دارند. برای واضح شدن موضوع، بهتر است بدانید که نمونه اولیه ساخته شده توسط اچ‌پي، صدگیگابیت در سانتی متر مربع گنجايش دارد، در حالی که فناوري‌‌های کنونی حافظه‌‌های فلش دارای تراکم حداکثر شانزده گیگابیت در سانتی متر مربع هستند.
با این حال، اچ‌پي عنوان کرده که توانایی بهبود در ساختار موجود و ایجاد تراکم يک ترابیت در سانتی‌متر مربع را نیز دارد. به تمام شگفتی‌‌های بالا، این را هم بیافزایید که ممریستور‌ها، علاوه بر امکان ذخیره‌سازی صفر و يک در دنیای دیجیتال، با توجه به ماهیت آنالوگ خود، مي‌توانند حالات بی‌شماری را ذخیره کنند. با فرض این‌که یک ممریستور توانایی ذخیره سازی 256 حالت مختلف را داشته باشد، توانایی ذخیره‌سازی سیستم‌‌های ما با دو به توان هشت برابر بیشتر مي‌شود.

پردازش سیگنال با ممریستور
 

یکی از مزایای ممریستور در الکترونیک، امکان پیکربندی آن است. این قابلیت، اجازه مي‌دهد تا ممریستور‌ها بتوانند به راحتی جایگزین المان‌‌های پیچیده و ترکیبی سویيچینگ در مدارات الکترونیکی شوند. در آینده، مي‌توان با ترکیب ممریستور و فناوري نانو سیم‌‌های Crossbar ساخت اچ‌پي، سیستم سویيچینگ جدید، سریع‌تر، ساده‌تر و کوچک‌تری را نسبت به مدل‌‌های پیشین ساخت که تحولی بزرگ در پردازش سیگنال‌‌ها به وجود خواهند آورد. با این روش، حجم بزرگي ‌از پردازش‌هایی که به‌صورت دیجیتال (نرم افزاری) روی سیگنال‌‌ها انجام مي‌شود، به سادگی و به وسیله واحد‌های کوچک سخت‌افزاری (با انعطاف بالا) اجرا شده و از این طریق، در حجم دستگاه‌‌ها، مصرف انرژی و توان محاسباتی مورد نیاز به میزان بسیار زیادی صرفه‌جویی خواهد شد.
فناوري‌‌هایی که مي‌توان گفت در آینده توسط واحد‌های پردازش سیگنال مبتنی بر ممریستور متحول خواهند شد، سیستم‌‌های ارتباطی از جمله ارتباطات تلفنی، ماهواره‌ای، شبکه‌‌های کامپیوتری و شبکه‌‌های بی سیم خواهند بود. همچنین، سیستم‌‌های ضبط صدا و تصویر و امکانات آن‌ها به میزان قابل توجهی متحول شده و سیستم‌‌های تشخیص گفتار و چهره، به شدت پیشرفت خواهند کرد. شکل‌1 یک پردازشگر سیگنال ساده را با استفاده از ممریستور نشان مي‌دهد.

شكل 1
 

محاسبات ریاضی
 

همان‌طور که مي‌دانید سیستم‌‌های محاسباتی امروزی، برای انجام محاسبات ریاضی از قوانین منطقی باینری و مقادیر بیتی صفر و يک برای اجرای اعمال جمع، تفریق، ضرب و تقسیم استفاده مي‌کنند. اگرچه اين تنها روش مورد استفاده برای انجام محاسبات دیجیتال بوده و سابقه خوب خود را در پیاده‌سازی عملی نشان داده است، در عین حال معایب بسیاری نیز دارد. به‌عنوان مثال، برای انجام محاسبات، داده‌‌ها باید دائم بین حافظه و واحد ALU رد و بدل شوند که در محاسبات پیچیده و سنگین، این روش به فرآیندی کند و زمان بر تبدیل خواهد شد.
به علاوه، روش‌‌های محاسبات دیجیتال امروزی، بر پایه گیت‌‌های دیجیتال استوار هستند که خود از ترانزیستور‌ها تشکیل شده‌اند. با توجه به محدودیت‌‌های کوچک‌سازی ترانزیستور‌ها، تداوم قانون مور با مشکل مواجه خواهد شد. در این زمینه، ممریستور‌ها امکان ارائه راه‌حل‌‌های جدیدی را فراهم مي‌کنند. یکی از این راه‌حل‌‌ها، استفاده از ممریستور در فرآیند‌های محاسباتی است که توسط یکی از محققان اچ‌پي مطرح شده است. این روش بر پایه معماری منطق برنامه‌پذیر ایجاد شده و شبیه طراحی‌‌های Reconfigurable computing است. برای استفاده از ممریستور‌ها در محاسبات ریاضی، روش‌‌های دیگری چون ترکیب مدارات دیجیتال و آنالوگ نیز وجود دارد. به‌عنوان مثال، به شکل2 توجه کنید. این سیستم، ترکیبی از ممریستور‌ها را به‌صورت عمودی نشان مي‌دهد که در دو حالت مقاومت بالا و مقاومت پایین (اتصال کوتاه) قرار دارند.

شكل 2
 

ولتاژ Vin کنترل کننده ممریستور‌ها است و با استفاده از آن مي‌توان تعیین کرد کدام ممریستور‌ها روشن باشند. در صورتی که تعداد دو ممریستور در حالت مقاومت پایین باشند، جریان‌هاي ایجاد شده، 2I خواهد بود و الی آخر. این سیستم، اساساً یک کامپیوتر آنالوگ Unary است که مي‌تواند با ارسال جریان خروجی به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال، میزان عدد باینری محاسبه شده را به‌دست آورد. شکل 3 نمایی از یک سیستم پیچیده‌تر بر مبنای ممریستور را نمایش مي‌دهد. ستون اول عدد 0001 (=1) ، ستون دوم عدد 0010 (= 2) و ستون‌‌های بعد نیز به همین منوال. هر سطرِ سیمي‌حاوی یک مقاومتوزن‌دهنده است که میزان اهمیت بیت ‌هایleast significant bit تا most significant bit را مشخص مي‌کنند. با استفاده از ولتاژ Vin مي‌توان ستون‌های مختلف (یعنی اعداد مختلف) را برای شرکت در عملیات انتخاب کرد. همان‌طور که در عکس مشاهده مي‌کنید، اعداد ستون اول، پنجم و ششم برای جمع انتخاب شده‌اند.

شكل 3
 

در این صورت عدد Vin/R توسط ستون اول، عدد Vin/R + Vin/(R/4)=5Vin/R توسط ستون پنجم و عدد Vin/(R/2)+Vin/(R/4)=6Vin/R توسط ستون ششم به جریان خروجی اضافه مي‌شوند. در این صورت جریان Vin/R+5Vin/R+6Vin/R=12Vin/R به مبدل آنالوگ به دیجیتال ارسال شده و مبدل، با اندازه‌گیری، عدد 1100 (که حاصل جمع 0001+0101+0110 است) را برمي‌گرداند. همان‌طور که مشاهده کرديد، مي‌توانيد با جایگزین کردن واحد‌های ممریستوری در کامپیوتر‌های دیجیتال، از شر تعداد بسیار زیادي از گیت‌‌های منطقی (که خود از تعداد زیادی ترانزیستور تشکیل شده‌اند)خلاص شده و با توجه به حجم بسیار کم ممریستور‌ها (مقیاس نانو) به میزان قابل توجهی در مصرف انرژی و فضای اشغال‌شده صرفه‌جویی کرده و در عین حال، به سرعتی بالاتر دست يافت. با این‌که مدار فوق آنالوگ بوده و مانند مدارات دیجیتال از دقت بالا و مقاومت فوق‌العاده در برابر نویز برخوردار نیست، اما مي‌تواند به سادگی برای جمع تعداد زیادی از اعداد به‌کار رود. نکته جالب توجه اين که این مدار ساده مي‌تواند برای حل مسئله فروشنده دوره‌گرد (مسئله بهینه‌سازی مسیر عبور یا کوتاه‌ترین مسیر) مورد استفاد قرار گیرد. با مدل کردن شهر‌ها و ایجاد تمام مسیر‌های ممکن با استفاده از ممریستور‌ها، مي‌توان به محاسبه جریان ایجاد شده نهایی پرداخت و در پایان، حداقل جریان ایجاد شده را انتخاب کنيم. در این صورت مسیر بهینه (کوتاه‌ترین مسیر) برای فروشنده دوره‌گرد پیدا مي‌شود. این هم یکی دیگر از شگفتی‌‌های ممریستور است.

مقایسه الگو
 

در سیستم‌‌های دیجیتال امروزی، مقایسه بین الگو‌های ذخیره شده و الگوی مورد آزمایش در بسیاری از کاربرد‌ها از جمله پردازش تصاویر، تشخیص گفتار و آدرس‌دهی حافظه مورد استفاده قرار مي‌گیرد. در بسیاری از کاربرد‌های کنونی، برای مقایسه الگو‌ها(Pattern Comparison) از گیت‌‌های XOR استفاده مي‌شود. برای دستیابی به هدف، نرم‌افزار‌ها با استفاده از گیت‌‌های XOR با تعداد محدود در سخت افزار به مقایسه داده‌‌ها مي‌پردازند که حاصلي جز پردازش کند و نتیجه‌ای محدود در الگو‌های پیچیده نخواهد داشت. اما آرایه ترکیب صلیبی ممریستور‌ها مي‌تواند خلأ موجود بین سخت افزار و نرم‌افزار را پر کند. شکل 4 نمونه‌اي از یک مدار را برای استفاده در زمینه تشخیص الگو نشان مي‌دهد.

شكل 4