Bilişim Dünyasına Yön Verebilecek Bir Parça: Memristör

Selamlar,

Bu dönem Metin Hüner hocamız EDT dersinde memristör üzerine bir araştırma ödevi vermişti. Ödevi zevk alarak araştırdım. Ödevde 250-300 kelime istenmesine rağmen, 4 sayfa kağıt doldurdum 🙂 Ödev yerine koymadan yazdım. Hoşuma gittiği için sizlerle paylaşmak istedim 🙂

 

İnternet üzerinde memristör üzerine Türkçe bir kaç yazı mevcut. Ama sanırım bunu bir bilgisayarcının gözünden ilk defa okuyor olacaksınız.

 

Memristör; memory resistör, yani bellek direnç olarak geçer. Mantığı itibariyle bir çeşit değişebilir dirençtir. Direncin değeri içinden geçen akıma göre değişir ve elektrik akımı kesildiğinde direnç değeri sabit kalır. Bu davranışı ona üzerindeki veriyi saklama, yani veri depolama özelliği katar. Üzerindeki direnç değeri memristöre verilen akıma göre artık istenilen şekilde temsil edilebilir. (Mesela, belirli direnç aralıkları 0’ı temsil ederken, başka aralıklar ise 1’i temsil edebilir.)

 

Tarihçesi itibariyle Leon Chua isimli bir mühendis, teorik olarak 1971’de memristörle ilgili bir makale yayınlamış. Yük, akım, voltaj ve manyetik akı’nın denklemlerinden yola çıkarak yeni bir devre elemanının olabileceğini iddaa etmiş ve devre elemanına memristör adını vermiş. Leon Chua; elektronik kuramcıların yanlış değişken çifti üzerine gittiklerini, gerilim ve yük yerine, yük ve akıyı kullanmalarını gerektiğini söylemiştir.

 

Memristörü, Stanley Williams ve çalışma arkadaşları 2008 yılında fiziksel olarak gerçeklediler. Ürün, HP labaratuvarlarında gerçeklendi. Williams ve arkadaşları memristörü gerçeklerken Titanyum dioksit (TiO2) bileşiğini kullanmışlar. Çünkü Titanyum dioksit de bir yarı iletkenmiş ve saf halinde yüksek bir dirence sahipmiş. Fakat başka elementler aracılığıyla iletken olabiliyormuş. TiO2’yi iletken hale getirmek için kullanılan katkı elementleri elektrik alanın altında kararlı olamıyorlarmış akım yönünde hareket etmeye başlıyorlarmış. Bu şekilde ise memristör elemanının direnci düşüyormuş. Tersi yönünde akım uygulandığında ise elementler eski yerlerine geri dönüyor ve memristörün direnci artıyormuş. Bu sayede de, akımla kontrolü sağlanabilir bir saklama elemanı elde ediliyor. Williams ve ekibi katkı elemanı olarak platin kullanmışlar. HP labaratuvarları, memristörü başka ne tür bileşiklerle gerçeklenebilir olduğu araştırmaktalar. (Önceki 2 paragraf Tübitak’ın konuyla ilgili makalesinden özetlenmiştir. Bu nedenle ifadelerimi “mış/miş” li kullandım. Mümkün mertebe mantık çerçevesini kaçırmamaya özen gösterdim.)

 

Güncel uygulamalarına gelirsek, memristör elemanı elektronik teknolojiler üzerinde devrim yaratacak bir eleman. Bütün bilgisayar ve elektronik devre teknolojisini bir anda değiştirecek olmasa da, bu teknolojinin gidiş yönünü ciddi anlamda tespit edeceğe benziyor. İlk değişiklik, transistörlerden oluşan ve verileri kalıcı olarak saklayamayan RAM teknolojilerinde olacak.

 

Memristör yapısı gereği veriyi pasif (yani herhangi bir enerjiye ihtiyaç duymadan) olarak saklama özelliğine sahip. Bugün kullandığımız bilgisayarlar işlemci-hızlı ama uçucu(kalıcı olmayan) bellek-kalıcı ama yavaş bellek mimarisi ile çalışıyor (Daha anlaşılır terimlerle tanımlarsak: işlemci – RAM – hard disk). Bugün kullandığımız modern işletim sistemleri aynı mimariye göre tasarlanmış. Bugüne kadar yazılmış bütün kodlar, o kodlar içinde bulunan bütün optimizasyonlar bu yapıya göre tasarlanmış. Bütün güncel yazılımlarda servis verme hızını artırmak adına ön bellekleme (cache) algoritmaları çalışıyor. Sırf önbellekleme adına yazılan yazılımlar bile mevcut. Mevcut bilgisayar teknolojilerimiz açılmak için (boot) zamana ihtiyaç duyuyorlar. Çünkü yavaş olan bellekten(harddisk), hızlı olan belleğe(RAM) kodu yüklemek zorundalar. Memristör ise iki belleğin işlevini de yerine getirebilecek özelliğe sahip: Kalıcı ve hızlı bir bellek. Bu şu demek: Bellek ve harddiskin aynı cihazda toplanabilmesi.

 

HP’nin testlerinde 2012 verilerine göre şu anki belleklerin 1/10’u kadar hızında. Yani henüz HP’nin memristörü bellek hızına erişemiyor. Fakat yine de SSD harddisklerden 100 kat daha hızlı. Fakat sonradan bu kavramı araştırınca Resistive RAM denen bir kavrama ulaştım. Yine memristör olarak geçiyor. Burada 10 nanosaniyenin altında hızlara erişilebildiğine dair bilgilere ulaştım (Bugün en hızlı DDR3 RAM’in gecikmesi 10ns civarında.). Hatta 0.3 nanosaniye gibi bugünkü RAM’lerden 10 kat daha hızlı ve kalıcı belleklerin deneysel düzeyde de olsa kanıtlanmış. Fakat çalışmalar henüz tutarlı bir seviyeye ulaşmamış. Yani gerçeklenen bellek tasarımı deneysel olarak 0.3 nanosaniye olsa da bellek her zaman düzgün sonuçlar üretmiyor. Hız odaklı bir çalışma yapılıp tutarlılıktan ödün verilmiş. Belki bu değerleri düzgün çalışan bir bellek tasarımında hiç göremeyebiliriz. Yine de konu aktif ilerleme aşamasında olduğu için ben görebileceğimiz inancındayım. İlgili çalışmayı merak ediyorsanız şu bağlantıdan erişebilirsiniz.

 

Memristörün bu özelliği hesaplama, depolama, iletişim (computing, storage, networking) üçlüsünden depolama tarafını yakın zamanda değiştireceğe benziyor. Memristör elemanı aslında hesaplama yeteneğine de sahip. Hatta bu nedenle işlemci ve bellek mimarisini birleştiren memristör tabanlı bir bilgisayar mimarisi bile sunulmuş. Yine benzer bir tabandan hareketle “yapay beyinler” için CMOS yapılardan daha uygun olduğu hakkında makaleler yazılmış. Fakat işlemci ile belleğin tek aygıt olması demek, yeni bir mimari demek. Hatta bir açıdan baktığımızda nöral, bir açıdan baktığımızda paralel mimari demek. Çünkü tek aygıt mevcutsa ve işlem gücü aygıtın tamamına veya belirli parçalarına dağıtılmış olmayı gerektirir ki bu da zaten paralelliği getirir. Bu açıdan bakarsak, zaten paralel ve nöral uygulamalarımızı koşturduğumuz sistemler var. Belki memristör teknolojisi bu uygulamalar için daha uygun olabilir. -Yapay Sinir Ağları ve Paralel Sistemler gibi konuların çok fazla içine girmemiş biri olarak yorum yapıyor olacağım ama- bu sistemler üzerindeki algoritmalarımız kontrol anlamında zayıf. Yaptırmak istediğimiz eylemi ilgili algoritmalarla tam olarak yönetemiyoruz. Memristöre tekrar dönersek, bu ve benzeri konularda memristörle ilgili ayakları yere basmayan çok fazla iddaa var. Çünkü daha gerçeklenmemiş, elektronik ürünlerinin imkan derecesi daha görülmemişken, üstünde koşturacağımız uygulamalar hakkında konuşmak çok fazla hayalcilik olur düşüncesindeyim. İnternette “Memristörün üzerine abartılar” konulu “Memristors: Why memristors won’t change anything” başlıklı bir makale de mevcut.

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.