高耐久低成本的NRAM是如何鑄就的？

近日，人工智能在眾多公共衛(wèi)生領(lǐng)域的大顯身手不斷吸引著人們的目光。CT影像智能分析系統(tǒng)、智能配送機(jī)器人等人工智能技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)揮著極大的作用，在它們背后，都少不了高性能存儲(chǔ)器的身影。而隨著“新基建”的不斷升溫，業(yè)界對(duì)于更高性能存儲(chǔ)器的需求也越發(fā)迫切。

相比其他存儲(chǔ)器，碳納米管內(nèi)存(NRAM)是一個(gè)近年來(lái)出現(xiàn)的新東西，它具有諸多優(yōu)勢(shì)：可以DRAM的速度提供非易失性，具有超越DRAM的可擴(kuò)展性和對(duì)閃存的超強(qiáng)耐久性的潛力。它比幾乎所有新興存儲(chǔ)技術(shù)（PCM，MRAM和ReRAM）都更接近通用存儲(chǔ)器。這樣，它們通常用于替換閃存，因此NRAM在理論上既可以替換DRAM，也可以替換閃存。2016年，富士通半導(dǎo)體和 USJC 宣布，與Nantero公司達(dá)成協(xié)議授權(quán)該公司的NRAM技術(shù)，三方公司此后共同致力于NRAM內(nèi)存的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。

NRAM原理大揭秘

Nantero公司已經(jīng)花費(fèi)了將近20年的時(shí)間來(lái)研究NRAM，該技術(shù)基于排列在交叉點(diǎn)電極之間的薄層中的無(wú)規(guī)組織的碳納米管的漿料。當(dāng)施加電壓時(shí)，CNT被拉到一起，接觸點(diǎn)數(shù)量的增加減少了電極之間的電阻路徑。這種連接是由范德華力在原子級(jí)上保持的。為了復(fù)位存儲(chǔ)單元，電壓脈沖會(huì)引起熱振動(dòng)來(lái)斷開(kāi)這些連接。

所得的存儲(chǔ)器在低能量下提供了20皮秒的切換速度，以及5ns的實(shí)際寫(xiě)入速度，并具有10 ^ 11個(gè)周期的耐久性。這保證了基于CNT的NRAM的性能，并且在物理幾何尺寸方面具有更好的可擴(kuò)展性，從而成為替代DRAM和NAND閃存的通用存儲(chǔ)器。

一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)是在可隨意切換的CNT的隨機(jī)組織“墊”上增加一層對(duì)齊的CNT。這些用于保護(hù)開(kāi)關(guān)納米管的下層免于金屬?gòu)纳戏綖R射的金屬遷移。

NRAM的“用武之地”

高性能的NRAM在眾多應(yīng)用領(lǐng)域擁有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：1、可應(yīng)用于任何系統(tǒng)，NRAM不但是非易失性存儲(chǔ)器，又具有與 DRAM 同等的高速特點(diǎn)；2、可實(shí)現(xiàn)instant on（即開(kāi)即用）功能，降低功耗的同時(shí)提高了系統(tǒng)的性能；3、適應(yīng)于逐漸增長(zhǎng)的高溫環(huán)境市場(chǎng)需求。

NRAM不但可以做數(shù)據(jù)儲(chǔ)存也可以做程序儲(chǔ)存，這一特性對(duì)消費(fèi)類(lèi)電子市場(chǎng)同樣具備巨大吸引力。而就競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)說(shuō)，NRAM在高溫操作、數(shù)據(jù)保持、高速讀寫(xiě)上都比傳統(tǒng)存儲(chǔ)器更具優(yōu)勢(shì)，未來(lái)NRAM有望替換大容量EEPROM （容量低于8Mb）和小容量NOR Flash （容量大于16Mb）。

針對(duì)企業(yè)儲(chǔ)存、企業(yè)伺服器與消費(fèi)電子等領(lǐng)域，NRAM技術(shù)比快閃存儲(chǔ)更具有顛覆性，更有利于在這領(lǐng)域的產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)新一波的創(chuàng)新。預(yù)計(jì)未來(lái)受到影響的應(yīng)用涵蓋消費(fèi)性電子領(lǐng)域、行動(dòng)運(yùn)算、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、企業(yè)儲(chǔ)存、國(guó)防、航天以及車(chē)用電子等行業(yè)。

作為NRAM的第一代產(chǎn)品，富士通16Mbit的DDR3 SPI接口產(chǎn)品最快將于2020年底上市。