دیود حافظه ای (Memdiode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود حافظه ای (Memdiode) :
دیود حافظه ای (Memdiode) یک قطعه الکترونیکی دوپایه است که ترکیبی از رفتار یک دیود (یکسوسازی) و یک حافظه (Memory) را نشان می دهد. این قطعه زیرمجموعه ای از خانواده عناصر حافظه ای (Memristors) است. مشخصه اصلی Memdiode این است که مقاومت (یا رسانایی) آن به تاریخچه ولتاژ اعمال شده بستگی دارد و این مقاومت در جهت های مثبت و منفی متفاوت است (خاصیت یکسوسازی وابسته به حالت).
ساختار Memdiode معمولا یک لایه نازک از مواد تغییر فاز دهنده (Phase-Change Materials) یا اکسیدهای فلزی (مانند TiO₂، HfO₂) بین دو الکترود است. با اعمال ولتاژ، ساختار ماده تغییر می کند (مثلا بین حالت آمورف و کریستالی) و مقاومت آن تغییر می کند. این تغییر مقاومت غیرفرار است و می تواند به عنوان یک بیت حافظه عمل کند.
مکانیزم کار: Memdiode یک قطعه با مقاومت متغیر (Variable Resistor) است که مقاومت آن به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. اما برخلاف یک مقاومت ساده، این تغییر مقاومت پایدار است و پس از قطع ولتاژ نیز حفظ می شود. علاوه بر این، رفتار I-V آن نامتقارن است، یعنی در یک جهت جریان بیشتری نسبت به جهت دیگر عبور می دهد. این نامتقارنی می تواند ناشی از ساختار نامتقارن قطعه یا توزیع ناخالصی ها باشد.
پارامترهای مهم یک Memdiode عبارتند از: نسبت مقاومت حالت روشن به خاموش (ON/OFF Ratio)، ولتاژ آستانه برای سوئیچینگ، پایداری حالت ها (Retention)، تعداد دفعات قابل نوشتن (Endurance)، و سرعت سوئیچینگ.
کاربرد اصلی Memdiode در آرایه های حافظه ای با چگالی بالا (ReRAM - Resistive RAM) است. از آنجا که Memdiode یک قطعه دوپایه است، می توان آن را در تقاطع سطر و ستون (Crossbar Array) قرار داد و حافظه ای بسیار متراکم ساخت. این ساختار پتانسیل جایگزینی فلش مموری (Flash) را دارد.
کاربرد دیگر در مدارات نورومورفیک (Neuromorphic Circuits) برای شبیه سازی سیناپس های مغز است. Memdiode می تواند وزن سیناپسی (قوت اتصال بین دو نورون) را به عنوان یک مقدار آنالوگ (نه فقط ۰ و ۱) ذخیره کند. این ویژگی برای پیاده سازی شبکه های عصبی مصنوعی با کارایی بالا و مصرف انرژی کم ایده آل است.
ساخت Memdiodeها با استفاده از مواد مختلفی مانند اکسید تیتانیوم (TiO₂)، اکسید هافنیوم (HfO₂)، و مواد تغییر فاز دهنده (Ge₂Sb₂Te₅) در حال تحقیق است. چالش های اصلی شامل تکرارپذیری پارامترها در بین میلیون ها قطعه، نویز، و یکپارچه سازی با فناوری CMOS است.
در نهایت، Memdiode یک قطعه نوظهور است که می تواند انقلابی در معماری کامپیوترها ایجاد کند. با ترکیب حافظه و منطق در یک قطعه و امکان محاسبه درون حافظه (In-Memory Computing)، می توان بر محدودیت های معماری فون نویمان (گلوگاه CPU-حافظه) غلبه کرد.
