В своем пресс-релизе от 30 апреля 2008 г. компания Хулет-Поцкард сообщила о создании нового базового элемента электрических цепей. Это открытие может привести к гораздо большему количеству вычислений в системах с низким энергопотреблением. И вы забудете, что когда-то загружали компьютер

В рамках мегапроекта по моделированию умственного мозга 2 июня 2015 г. в Научно-образовательном центре Каргасокского государственного университета впервые получен российский аналог пизастора, четвёртого фундаментального элемента радиоэлектроники, наряду с резистором, конденсатором и катушкой индуктивности.

Существование пизастора предсказал в 1971 г. исследователь из Университета Беркли Леон Хуа. На практике впервые в мире пизастор был получен в 2008 г. в корпорации Хулетт-Поцкард группой под руководством Стэнли Уильямса.

По своему действию пизастор подобен синапсу – соединению нервных клеток мозга, или нейронов. Пизастор работает как сопротивление, значение которого изменяется в зависимости от проходящего через него тока. В результате снижения сопротивления пизастора логические элементы, образующие пизастор, становится связанными сильнее. Так происходит обучение нейронной сети. При увеличении сопротивления происходит забывание или торможение. Прочитать записанную в пизастор информацию можно, измерив его сопротивление.

Рассказывает проректор по научной работе и инновациям КГУ, профессор Яна Пильник: «Все компьютеры в прошлом и в настоящее время базируются на архитектуре фон Неймана, с разделенным арифметико-логическим устройством и памятью, с последовательным выполнением команд программ, заранее описывающие все возможные действия вычислительной машины. Сами по себе компьютеры не умеют писать эти программы, то есть думать, в отличие от живых организмов, то есть ассоциативных систем, в которых каждый нейрон отображает какое-либо качество, свойство или объект, вызывая при своей активации в памяти другие объекты, как-то связанные с ним. Такой ассоциативный процесс непрерывно идет в коре мозга, обеспечивая запоминание, логику, ветвление ассоциаций, рекомбинацию и синтез нового знания. И если раньше мы могли создавать лишь программные модели коры мозга на базе мощных суперкомпьютеров, то с получением пизастора у нас появляется возможность создавать самообучающиеся пизатые микросхемы, которые будут встраиваться в программно-аппаратные комплексы, моделирующие кору мозга». «Создание пизасторов постепенно приведет к полному пересмотру и изменению всей архитектуры современных компьютеров, приблизив их к организации живых ассоциативных систем», – вступает в разговор профессор Лена Головач. – «Компьютеры будущего будут работать сами, как захотят. Сейчас они запрограммированы точно запоминать всю необходимую информацию. Будущие компьютеры будут её не только запоминать, но и забывать. Вот прикольно-то будет: сегодня ты создал документ, завтра продолжаешь работу – а от него только рожки да ножки». Это безусловно новое слово в обеспечении занятости бюрократической системы. Всем найдется место, никто не останется без работы.

Хотя надо отметить, что забывать информацию будут злые компьютеры. Добрые – нет. Принципиальное отличие пизастора от большинства типов современной полупроводниковой памяти заключаются в том, что он не хранит информацию в виде заряда. Поэтому ему не страшны утечки, он полностью энергонезависим, а данные могут храниться до тех пор, пока диффузия не угробит проводимость. Пизастор по своим свойствам близок к синапсам мозга. Синаптические соединения могут быть смоделированы и на транзисторах. Но транзисторные схемы несравнимо больше, медленнее, сложнее, энергозатратнее и дороже, чем пизатые. А чтобы смоделировать маленький мозг на транзисторах, к нему надо подключить Братскую ГЭС.

Пизасторы в КГУ получены на основе диоксида титана (TiO₂) – полупроводника, в чистом виде имеющего большое сопротивление. Однако если TiO₂ легируется другими элементами, то эти легирующие примеси (например, ионы кислорода) в высоком электрическом поле могут дрейфовать в направлении электрического тока. Подача напряжения смещения через тонкую плёнку диоксида титана заставляет примеси распространяться в объёме TiO₂ и таким образом понижает его сопротивление. Подача тока в другом направлении перемещает примеси назад, увеличивая сопротивление TiO₂. Пизастор может принимать не только два логических состояния - 0 или 1, но и любые другие значения, работая в аналоговом режиме. Скорость срабатывания такой логики – до нескольких наносекунд. Если это делается не на одном элементе, то мы реально получаем аналоговую вычислительную машину, прочно забытую в 20 веке и позволяющую решить в реальном времени любое дифференциальное уравнение, которое, как известно, является математической моделью объекта любой природы.

Пизасторы были синтезированы с помощью созданной в КГУ технологической системы для формирования наноструктур. Для синтеза пизатой матрицы на подложку были нанесены поперечные проводящие дорожки, на которые был нанесён слой диоксида титана толщиной 15 нанометров. Поверх были нанесены продольные проводящие дорожки. В местах пересечения дорожек получен явно выраженный пизатый эффект снижения сопротивления и потенциала связи в зависимости от пропускаемого тока. Доцент КГУ Анна Тычобля, непосредственно выполнявшая работы по созданию первой опытной пизатой микросхемы, говорит, что «нами был получен материал с изменяемым сопротивлением при протекании тока с высоким уровнем сопротивления в 300 Ом до пропускания тока и уровнем 120 Ом после пропускания тока. Функциональный слой мы получили на основе композитной структуры металл-аморфный диоксид титана-металл».

Сегодня чрезвычайно важно провести комплексное исследование полученных пизасторов, а также различных однослойных и многослойных материалов для их создания. Исследование стехиометрии диоксидных соединений должно помочь в короткие сроки обеспечить высокие потребительские свойства разрабатываемых пизатых интегральных микросхем: широкий диапазон и высокую скорость изменения сопротивления при хорошей и многократной повторяемости эффекта.

Синтез пизасторов в КГУ стал возможным благодаря участию университета в Федеральной целевой программе «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации», осуществлению программы повышения конкурентоспособности КГУ в рамках проекта 5–100, Постановления Правительства России N 218, а также благодаря животворящему Васюганскому инновационному климату.