Kwaku Ananse

Im Spiegel gab es heute einen Artikel über mögliche Weiterentwicklungen der Computertechnik. In diesem Beitrag wurde auch ein neues Bauelement erwähnt, der Memristor:

Für den Berkeley-Professor Leon Chua gibt es noch einen anderen Weg: eine Modifikation der eingesetzten Chip-Architektur. Denn die hält Chua schon seit 1971 für eigentlich unvollständig: In einer theoretischen Abhandlung beschrieb er da die Bauelemente integrierter Schaltkreise und sah dabei ein Element als notwendig, das niemals in Chips landete - den sogenannten Memristor. Chua beschrieb das Grundprinzip eines Transistors mit eingebautem Gedächtnis: Einem Halbleiterelement mit variablem elektrischen Widerstand, der seine Information (dargestellt durch die Größe des Widerstands) auch beibehält, wenn kein Strom fließt. Damit würde, vereinfacht gesagt, der Arbeitsspeicher in den Chip selbst verlegt.

Danach folgt in diesem Artikel leider nur noch Marketing-Blabla. Auch ein Googeln nach Memristor erhellt den Geist nur wenig. Einzig und allein der entsprechende Wikipedia-Artikel enthält, und auch dieser nur in einem einzigen Satz, die eigentliche Kernidee, dazu weiter unten mehr.



Anhand der Tabelle kann man erkennen, warum Chua die Möglichkeit eines vierten (passiven) Elements für elektrische Schaltungen vorhergesagt hat. Man findet zunächst die drei bereits bekannten:

• Ohmscher Widerstand (Resistivität)
• Kondensator (Konduktivität)
• Spule (Induktivität)

Das vierte Feld ist dann für den Memristor (Memristivität) frei. Um die Vorhersage von Chua zu verstehen, muss man von den Gleichungen nur wenig wissen: Die Gleichungen für die vier Elemente lassen sich auf Quotienten zweier Größen zurückführen: Den magnetischen Fluss Φ und die elektrische Ladung q. Dabei wird in der oberen Zeile der Tabelle die Ableitung des magnetischen Flusses nach der Zeit (Φ mit einem kleinen Punkt über dem Symbol) verwendet. In der rechten Spalte die Ableitung der Ladung nach der Zeit (q mit einem kleinen Punkt). Dabei ist die Ableitung des magnetischen Flusses nach der Zeit die elektrische Spannung, die Ableitung der Ladung nach der Zeit die Stromstärke. Das vierte Element, der Memristor, ist also definiert als Ableitung des magnetischen Flusses nach der Ladung.

Wozu das nütze ist, erkennt man, wenn man die Herleitung unter der Tabelle verfolgt. Für den magnetischen Fluss wird der Zusammenhang zur elektrischen Spannung eingesetzt, für die Ladung der Zusammenhang zum Strom. Die zeitliche Abhängigkeit kürzt sich heraus, die Einheit des Memristors ist dieselbe wie die eines Widerstands, also Ohm. Aber dieser Widerstand ändert sich im Laufe der Zeit, wenn durch den Memristor Strom fließt! Sein Widerstand ist proportional dem Integral des Stromes über die Zeit.

Und der entscheidende Satz des Wikipedia-Artikels ist ganz versteckt:

Ein weiterer Vorteil ist es, dass der Memristor mit Hilfe von Wechselstrom ausgelesen werden kann, wobei der Speicherinhalt erhalten bleibt.

Das ist es! Man vergrößert den Widerstand des Memristors, in dem man Gleichstrom in einer Richtung durch ihn fließen lässt. Man kann den Widerstand auch wieder verkleinern, wenn man den Strom in der umgekehrten Richtung durch ihn schickt. Und mit Wechselstrom kann man später die Größe des Widerstandes ablesen, in dem man die Spannung über dem Widerstand misst. Diese Messung ändert den Widerstand nicht, weil Wechselstrom ja heißt, dass abwechselnd gleich starke Stromanteile in beiden Richtungen fließen.

Das eröffnet vollkommen neue und phantastische Anwendungsmöglichkeiten. Die mögliche Stromlosigkeit von Computerspeichern bei Nichtgebrauch ist nur eine, und vielleicht nicht einmal die wesentlichste. Man könnte z.B. Fuzzylogikschaltungen aufbauen, die in Analogtechnik realisiert sind (auf diesen Anwendungsfall zielt der Hinweis auf die Ähnlichkeit zu Synapsen im Gehirn). Und und und. Chua ist ein Genie!

Kategorie: Physik