Devre denildiğinde çoğumuzun aklına ilk olarak direnç, kondansatör ve bobin geliyordur herhalde. Bunlara temel devre elemanları deniliyor zaten. Nasıl ki, toprak, su, hava, ateş hayatın temelini oluşturuyorsa bunlar da elektroniğin temelini oluşturuyor.
2008 yılının Mayısında bu üçlüye yeni bir eleman daha
eklendi: Memristör.
Aslında memristörün varlığının bilinmesi teorik olarak çok daha öncelere dayanıyor. İşin içine biraz denklem katmamızda sakınca yok. Devre konusunda elimizdeki temel parametreler akım(i), gerilim(v), yük(q) ve akıdır(Φ). Bu 4 parametreyi ikili olarak karşılaştırdığımızda 6 adet denklem elde ederiz. Bunlardan 2 tanesi Maxwell denklemlerinden geliyor ve i= dq/dt , Φ=dv/dt olarak parametrenin tanımında kullanılıyor. Geriye 4 denlem kalıyor. Bunlardan üçü endüktans(L), kapasitans(C) ve direnci(R) tanımlıyor. Son denklem ise tümleşik devre alanında yeni bir perde açan memristörü tanımlıyor.
Burada akla şu geliyor: Bu zamana kadar kimsenin aklına gelmedi mi, neden bu kadar beklediler? Burada da devreye teknolojik bilgi birikimi giriyor. Zira, ilk olarak 1971′de California Üniversitesi’nden elektrik mühendisi Leon Chua ortaya atmıştı bu memristör fikrini ancak dönemin koşullarında kapasiteler bile kocamanken memristör fikri hayalden öteye gidememişti. Ancak R. Stanley Williams önderliğindeki HP Information and Quantum Systems Lab., teoride kalan bu devre elemanını gerçeğe dönüştürdüler.
Memristör Nedir?
Gelelim memristörün ne olduğuna; memristör kelimesi, “memory resistor” ifadesinden geliyor ve değişebilen direncini ayarlandığı durumda tutan bir direnci anlatıyor. Bu direncin değeri, üzerine uygulanan gerilimin büyüklüğü ve süresine göre değişiyor. Gerilim kaldırıldığında direncin değeri o noktada kalıyor. İki platin dilimi arasında sıkıştırılmış ince bir titanyum dioksit parçasından oluşan devre elemanı sadece 5 nanometre büyüklüğünde.
Peki bu memristör nasıl çalışır?
Memristör, içinden geçen elektrik yükünün miktarı ve yönüne göre direnci değişen bir devre elemanı. Memristöre bir yönde akım verildiğinde direncini artırıyor, ters yönde akım verildikçe düşürmeye başlıyor. Öncelikle bu nedenle diğer elemanlardan ayrılıyor. İki tane hali var bu nedenle; "on" ve "off." Aslında memristörün en önemli özelliği non-volatile bir bellek elemanı olması yani sistemin gücü kesilse bile üzerindeki bilgileri saklayabiliyor. Güç kesildiği zaman memristör direncini hatırlayabiliyor.
Memristörler neyi değiştirecek?
HP sadece üretmekle kalmadı ayrıca memristörün çiplerle nasıl birleştirilebileceğini de gösterdi. Bu çiplere hibrid memristör-transistör çipleri adı bile takılmış. Bu yeni çiplerde daha az transistöre ihtiyaç duyuluyor, böylelikle aynı alana daha fazla transistör yerleştirilebiliyor. Daha fazla transistör daha fazla hız demek oluyor tabii ki.
Memristörün ilk uygulamaları bellek teknolojilerinde görülecek. Böyle bir çalışmayla ortaya çıkartılacak bellek tipi günümüzün dynamic random access memory (DRAM) bellek tipinin yerini alabilecek. 
DRAM kullanan bilgisayarlar güç kesildiğinde veriyi geri kazanamıyorlar. Tekrar enerji sağlandığında DRAM bellekli bilgisayarın "boot-up" işlemiyle manyetik diskten verileri okuyarak açılış işlemini gerçekleştirmesi gerekiyor. Bu yönden memristör tabanlı bilgisayarların üstünlüğü, güç kesilse bile veriyi korumaları ve boot-up işlemine gerek kalmaması. Yani kapalı olan bir bilgisayarı açmak istediğinizde doğrudan kullanıma hazır olacak. Sonuç olarak, eldekiler azalan güç tüketimi ve boşa giden zamanın kazanımı olarak karşımıza çıkacak.
Peki, başka ne gibi uygulamaları var bu memristörün? İşte burada, bilim insanlarının aklına ilk uygulama alanlarından biri olarak “yapay zeka” teknolojisi gelmiş. Yani, memristörlerin yapay zeka teknolojisi çerçevesinde geliştirilecek uygulamalarda aktif rol oynaması bekleniyor. Bunun sebebi ise sinapsislerin de memristörler gibi karmaşık elektriksel tepkiler gösteriyor olması. 1971′de ilk memristörü gerçekleyen Leon Chua, buradan hareketle sinapsisler için memristör benzetmesi yapıyor. DARPA’nın (ABD Savunma Bakanlığı İleri Araştırma Projeleri Ajansı) olaya balıklama atlaması uzun sürmüyor. SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics Program) programı ile “ilgili ve olasılıkla sabit özellikleri ve işbirliklerini otomatik olarak öğrenerek karmaşık ortamlarda bağımsız şekilde veri işleyen biyolojik sinir sistemleri” geliştirmeyi amaçlıyor. Yani, başka bir deyişle kendi kendine düşünen, analiz eden ve karar veren robotların kapısını açmaya çalışıyorlar. Matrix filmindekiler bir gün gerçek olabilir mi?
Gelelim memristörün devre tasarımında getireceği yeniliklere. Araştırmacıların devre tasarımında öncelikle
beklediği şey, memristör kullanılarak yeniden tasarlanan belli tür devrelerin daha ucuza mal olması ve daha az güç tüketmesi. Aslında Williams, geleneksel devre tasarım elemanlarını memristörle bir araya getirerek Boole tarzından farklı hesap yapabilen aygıtlar üretmeyi umuyor. "Bir beyin üreteceğimizi ileri sürmüyoruz ama beyin gibi hesap yapabilecek bir şey istiyoruz" diyor.
Son olarak, gerek 37 yıl önce teoriyi ortaya atan Leon Chua, gerekse bu teoriyi gerçekleyen Williams diyor ki: “Bu elemanın varlığı, şu ana kadar akla gelmeyen icatları tetikleyebilir.” Bekleyip göreceğiz.
Kaynaklar:
- http://web.firat.edu.tr/FizikKlub/default.asp?id=98
- http://nanoturkiye.blogspot.com/2008/11/ciplerde-memristor-kullanimi.html
- http://www.computerworld.com.tr/hpden-acildigi-anda-calisabilen-bilgisayar-detay_2585-sayfa_2.html
- http://www.teknomag.com/memristor_dorduncu_temel_devre_elemani_p3593_1.html
- http://sozluk.sourtimes.org/show.asp?t=memristor
- http://spectrum.ieee.org/semiconductors/design/the-mysterious-memristor
