28、忆阻器与网络安全硬件的未来

忆阻器与网络安全硬件的未来

1. 引言

如今，许多网络防御基础设施以软件形式运行在各种数字硬件上。从历史角度看，这种方式曾行之有效，但新数据与可用处理能力之间的差距令人担忧。多年来，人们采用了多种硬件加速技术来解决这一问题，如可编程逻辑设备、图形处理器、矢量化指令集以及多核和分布式处理架构等。

忆阻器作为一种两端模拟存储设备，有望缩小这一差距。自2008年忆阻器首次出现后，研究人员发现它将在多个关键领域产生重大影响，网络安全便是其中之一。短期内，忆阻器可作为二进制存储设备，性能有望媲美闪存技术，且忆阻可编程逻辑门可能超越现有的CMOS技术。不过，忆阻器最大的贡献或许在于对非线性器件区域（NDR）的开发利用。

当忆阻器用作二进制设备时，通过“设置”和“重置”脉冲进行编程，分别形成低电阻和高电阻状态。设备可能处于“开”“关”或中间状态，无论其为双极、单极还是无极，都有电压阈值，超过该阈值电阻就会改变，这就是非线性器件区域。电阻改变后会保持该状态，即具有“忆阻性”。但NDR较为复杂，难以用简单的低阶曲线拟合。随着对不同忆阻材料NDR特性研究的深入，忆阻性的潜力将得到充分发挥。忆阻分辨率取决于材料特性和控制模型，在金属 - 绝缘体/氧化物 - 金属器件的开发中，已衍生出多种材料配置，每种都有独特属性，不同材料实现方式的开关速度、电阻比和NDR行为各不相同。因此，忆阻器为新型模拟计算设备硬件提供了多种能力，存储的值无需能量维持其完整性。

研究人员正在设计新的模拟计算架构，以利用NDR并与现有CMOS技术互补，从而提高性能并降低功耗，这类似于将PGA与中央处理器结合以加速并行算法。忆阻计算架构将对提升网络威胁检测性能产生重大影响，一种用于威胁检测的计算机架构借鉴了大脑的复