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往日(9):从忆阻器(Memristor)到电荷源、磁链源

已有 2163 次阅读 2022-5-17 14:24 |个人分类:集成电路(资料)|系统分类:科研笔记

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往日(9):从忆阻器(Memristor)到电荷源、磁链源

            

一、忆阻器(Memristor)火极了

   1971年,蔡少棠(Leon O. Chua)老师首先提出了“忆阻器 Memristor”,作为丢失的电路元件。

Leon O. Chua   EECS at UC Berkeley_副本.jpg

图1 蔡少棠 Leon O. Chua 教授

https://www2.eecs.berkeley.edu/Faculty/Homepages/chua.html

            

   37年后的2008年,惠普实验室的研究人员认为发现了忆阻器。从此火起来了。据说忆阻器可以实现新型的计算机等等,目前研究人员不少。

                          

忆阻器(Memristor)火极了 11   Memristor-1024x858.png

图2 What is a Memristor? Types of Memristors and their Applications

https://www.elprocus.com/what-is-a-memristor-types-of-memristors-and-their-applications/

https://www.elprocus.com/wp-content/uploads/Memristor-1024x858.png

忆阻器(Memristor)火极了 22.jpg

图3  忆阻器和基本电路变量

                         

   蔡老师 1971年提出“忆阻器(Memristor)”的科学思维方法与门捷列夫的化学元素周期表类似:完善电路的基本概念。如上面两个图。

   因此,李侠,2022:“在基础研究中设立研究特区。尤其是在0~0.5阶段的基础研究,利用政策工具稳定核心人才队伍、稳定基本投入,超长周期评估,这部分的投入要完全基于无功利性目的来运作,甚至抱着颗粒无收的决心,这是国家为获得新知识、新思想必须付出的代价。真的有必要!!

                      

二、从忆阻器(Memristor)到“互容 Mutual capacitance”

   受到蔡少棠老师“忆阻器(Memristor)”的启发,我也进一步“完善电路的基本概念”:提出“互容 Mutual capacitance”作为互感(mutual inductance)的对偶关系。

   当时,引起与俄罗斯学者的优先权之争:

忆阻器(Memristor)火极了 33 互容的优先权.jpg

图4 Zaharevich 校长是个好人!

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm

http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html

                             

   1990年代,我建立了《电路理论》里完整的“互容”概念:《Mutual capacitance-duality principle evolved from planar network》

   https://ieeexplore.ieee.org/document/207722

   2006年,《Shuo Wang, Fred C. Lee 李泽元, Jacobus Daniel van Wyk. Inductor winding capacitance cancellation using mutual capacitance concept for noise reduction application [J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2006, 48(2): 311-318.》将“互容”概念记在我的名下。 https://ieeexplore.ieee.org/document/1634745

                  

Professor Fred C. Lee   66_副本.jpg

图5  作为 IEEE Fellow 的 Fred C. Lee 李泽元老师,还是:

   (1)美国工程院院士,National Academy of Engineering,Member,2011

Professor Fred C. Lee, https://www.nae.edu/42075/Professor-Fred-C-Lee

   (2)中国工程院外籍院士,李泽元,2013

http://www.cae.cn/cae/html/main/colys/38954295.html

http://www.cae.cn/cae/html/main/col50/column_50_1.html

   (3)美国国家发明家协会院士,The National Academy of Inventors,Fellow,2018

http://www8.nationalacademies.org/onpinews/newsitem.aspx?RecordID=12132017a

                  

Jacobus Daniel van Wyk (M'81–SM'84–F'90–LF'10).gif

图6 Jacobus Daniel van Wyk 教授, IEEE Fellow

https://ieeexplore.ieee.org/author/37275458100

   Jacobus Daniel van Wyk 教授获得过 15 项 IEEE 论文奖,1995 年著名的 IEEE William E. Newell 电力电子奖,2000 年 IEEE 第三千年奖章,2006 年 IEEE 电力电子学会杰出服务奖和 2006 年 IEEE 工业应用协会杰出成就奖。并在 2002 年至 2006 年期间担任 IEEE Transactions on Power Electronics 的主编。

                                  

三、从“互容 Mutual capacitance”到“‘半电路、半电磁场’电路”

   1995年我提出的“‘半电路、半电磁场’电路”,见《关于“互容”概念的意义[J]. 电工教学,1995,17(4): 35-39.》

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm

http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html

忆阻器(Memristor)火极了 44 互容到半电磁场.jpg

图7  从互容到“半电路、半电磁场电路

                

   2017年由美国密苏里大学堪萨斯分校Naveen Kumar Macha和他的研究小组做成硬件芯片,当时被称为“串音计算”。

   《闵应骅(IEEE终身Fellow), 2018-01-12, 放开思路,重振计算科学技术 (180112) 精选》, https://blog.sciencenet.cn/blog-290937-1094444.html

   2018年1月,美国电气和电子工程师协会(IEEE)刊文《4种新奇的新计算途径》,将冷量子神经元、用导线做计算、纳米小滴和硅电路板这4种探索列为未来计算机的可能突破性技术:《4 Strange new ways to compute,作者: Moore, Samuel K.,IEEE Spectrum,卷: 55,期: 1,页: 10-11, 出版年: JAN 2018》

https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695

https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer

                

   真傻《一种新型集成电路概念—— 串音计算》,中国科学报,2019-08-15 第7版 信息技术

https://paper.sciencenet.cn/dz/dzzz_1.aspx?dzsbqkid=33013

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/8/348727.shtm

   

   “‘半电路、半电磁场’电路”是一种新型的电路(和集成电路)设计思路,不仅仅限于制造计算机。

              

四、从忆阻器(Memristor)到电荷源、磁链源

   从上面图2、图3,仿照“理想电压源”等提出“理想电荷源”、“理想磁链源”,同样是对电路基本概念的完善。既然大家认为忆阻器存在,作为其端口关系的变量“电荷、磁链”,成为“源”也是很自然的事情。

   “理想电荷源”:该元件的电荷按照指定的方式变化,其余变量不做定义(自由变化)。

   “理想磁链源”:该元件的磁链按照指定的方式变化,其余变量不做定义(自由变化)。

             

   差不多 10年前,在某个网站的BBS 贴出了“电荷源”、“磁链源”的建议。可是,前几年某天,该BBS不见。

   轻轻的它走了,不留下一点点痕迹。

   出版纸质《文明火花淘金》是必要的。

                 

五、电荷源、磁链源存在吗?有什么用?

   肯定存在。实在不行,就用复杂的电路模拟出。

   电荷源、磁链源有什么用?

   不妨假设它们肯定有大用!

   毕竟从功利主义评价模式理想主义评价模式的转变是一种彻底的认知转变,也是灵魂拷问,而这些我们已经遗忘得太久了(李侠,2022)

          

参考资料:

[1] 忆阻器 - 百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E5%BF%86%E9%98%BB%E5%99%A8

[2] Leon O. Chua. Memristor - the missing circuit element [J]. IEEE Trans. On Circuit Theory, 1971, 18(5): 507-519.

DOI: 10.1109/TCT.1971.1083337

https://ieeexplore.ieee.org/document/1083337

[3] Dmitri B. Strukov, Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart & R. Stanley Williams. The missing memristor found [J]. Nature, 2009, 453(7191): 80-83. 

DOI: 10.1038/nature06932

https://gfbicdd05cbc5aacc4e82sqpuvppquwxfx605nfiac.eds.tju.edu.cn/articles/nature06932

[3-2] The missing memristor found, Nature volume 453, pages80–83 (2008), 01 May 2008

https://www.nature.com/articles/nature06932

[4] Tingwen Huang, Yiran Chen, Zhigang Zeng, Leon Chua. Special Issue for 50th Birthday of Memristor Theory and Application of Neuromorphic Computing Based on Memristor-Part II [J]. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I-REGULAR PAPERS, 2021, 68(12): 4835-4836.

DOI: 10.1109/TCSI.2021.3124407

https://ieeexplore.ieee.org/document/9631149

[5] Tingwen Huang, Yiran Chen, Zhigang Zeng, Leon Chua. Editorial Special Issue for 50th Birthday of Memristor Theory and Application of Neuromorphic Computing Based on Memristor-Part I [J]. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I-REGULAR PAPERS, 2021, 68(11): 4417-4418 .

DOI: 10.1109/TCSI.2021.3124407

https://ieeexplore.ieee.org/document/9610165

[6] Samuel K. (Moore. 4 Strange new ways to compute [J]. IEEE Spectrum, 2018, 55(1): 10-11. JAN 2018, 29 NOV 2017.

DOI: 10.1109/MSPEC.2018.8241695

https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695

https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer

https://spectrum.ieee.org/4-strange-new-ways-to-make-a-computer

[7] 杨正瓴. 一种新型集成电路概念—— 串音计算[N]. 中国科学报,2019-08-15 第7版 信息技术

https://paper.sciencenet.cn/dz/dzzz_1.aspx?dzsbqkid=33013

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/8/348727.shtm

[8] 天津大学,2019-07-05,现代电工电子技术中心召开期末交流总结会

http://news.tju.edu.cn/info/1014/45900.htm

   之后,在本期的教学研究类学术报告环节,杨正瓴老师结合《电磁场》《电工学》《电子学》的相关知识,汇报了自己关于“互容”的研究和思考,并讨论了“半电路、半电磁场”集成电路芯片的可能性。随着集成度的提高,芯片导体之间的空间距离会越来越近。这样,导体之间的分布参数(电磁场作用的一种表现)会越来越明显。在“半电路、半电磁场”集成电路芯片里,电磁信号的一部分通过导体传递,另一部分直接以电磁场的方式通过空间(绝缘体)直接传递。这可能是设计未来高集成度芯片的新途径之一。

[9] 李侠. 激励机制与评价决定基础研究的未来[N]. 光明日报, 2022年02月24日16版:新科技

https://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2022-02/24/nw.D110000gmrb_20220224_2-16.htm

https://epaper.gmw.cn/gmrb/images/2022-02/24/16/2022022416_big.jpg  

https://blog.sciencenet.cn/blog-829-1326756.html

   同时,笔者认为,在推进基础研究的过程中,要避免出现三种情况:首先,警惕科技界的机会主义盛行。政策倾斜带来资源投入的增加,易导致以哄抢资源为目的的投机分子大量无序涌入,从而破坏基础研究的研究范式和脆弱的生态系统;其次,在基础研究中设立研究“特区”。尤其是在0~0.5阶段的基础研究,利用政策工具稳定核心人才队伍、稳定基本投入,超长周期评估,这部分的投入要完全基于无功利性目的来运作,甚至抱着颗粒无收的决心,这是国家为获得新知识、新思想必须付出的成本;再次,要避免由于懒政的短视把应用研究成果的评价模式简单移植到基础研究领域的做法。毕竟从功利主义评价模式向理想主义评价模式的转变是一种彻底的认知转变,也是灵魂拷问。而这些我们已经遗忘得太久了。

相关链接:

[1] 2020-02-27,“半电路、半电磁场”电路的基本含义

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1220675.html

[2] 2019-07-10,电路概念《互容》汇报后记

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188921.html

[3] 2022-02-22,往日(8):灵巧床板设想

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1326509.html

[4] 2021-10-23,往日(7):汉语言改革与文化传承

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1309140.html

[5] 2021-09-30,往日(6):我们对电力负荷预测的一些看法

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1306311.html

[6] 2021-05-02,往日(5):1993年 IEEE 的一则 Erratum 勘误(互容 mutual capacitance)

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1284768.html

[7] 2021-02-03,往日(4):组合预测之谜 forecast combination puzzle

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1270404.html

[8] 2020-09-13,往日(3):《国家综合能源基地示意图》,2013-01-01,能源发展“十二五”规划

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1250372.html

[9] 2019-12-04,往日(2):El Nino发生机制的天文成因

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1208782.html

[10] 2019-02-28,往日(1):小样本数理统计学与“压缩感知 Compressed sensing”

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1164730.html

[11] 2020-06-16,出版纸质《文明火花淘金》的建议(要点)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1238110.html

                  

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