下一代內(nèi)存技術(shù)

當(dāng)我們考慮我們的智能手機(jī)和其他計(jì)算設(shè)備時(shí)，內(nèi)存通常不是我們?cè)跀?shù)據(jù)表上看到的第一個(gè)功能。通常，處理器會(huì)成為焦點(diǎn)，但內(nèi)存是設(shè)備完成工作能力背后的真正力量。閃存最近主導(dǎo)了內(nèi)存市場(chǎng)，但是，隨著摩爾定律的推進(jìn)，它面臨著一些擴(kuò)展問(wèn)題，導(dǎo)致該行業(yè)在其他地方尋找內(nèi)存解決方案?；萜眨ɑ萜眨?duì)“機(jī)器”架構(gòu)的宣傳使“憶阻器”一詞重新回到了記憶的聚光燈下。這項(xiàng)技術(shù)，也稱為電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM），正在研究和開發(fā)中，以成為存儲(chǔ)器的下一個(gè)發(fā)展。

閃存等非易失性存儲(chǔ)器對(duì)于所有類型的系統(tǒng)都非常重要，因?yàn)樗軌蛟诓皇褂脮r(shí)關(guān)閉時(shí)保留存儲(chǔ)器，從而節(jié)省能源 - 在功率受限的嵌入式系統(tǒng)中尤其重要。但是，隨著應(yīng)用在更小的封裝中追求更快、更高的性能和更低的功耗，存儲(chǔ)器公司正在探索RRAM在閃存接近其縮放極限時(shí)擊敗閃存性能的能力。此外，亞利桑那州立大學(xué)等大學(xué)正在分析RRAM在各種應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。

比較射頻和閃存

RRAM技術(shù)背后的概念并不新鮮 - 它們自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直存在［1］，但在過(guò)去10年中作為當(dāng)前內(nèi)存技術(shù)的繼任者才獲得了極大的興趣。電阻器、電容器和電感器是電路的三個(gè)基本組成部分，但憶阻器是理論上的第四個(gè)。憶阻器是一種電阻器，可以記住其歷史，從而充當(dāng)存儲(chǔ)器，而RRAM是實(shí)現(xiàn)這一概念的技術(shù)。RRAM器件可以保持低阻性或高電阻狀態(tài)，具體取決于正電壓或負(fù)電壓，可以以位形式讀取。當(dāng)與電源斷開連接時(shí)，這些狀態(tài)仍然存在，因此它作為下一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)的潛力。

亞利桑那州立大學(xué)的研究人員一直積極開發(fā)RRAM技術(shù)。邁克爾·科齊奇教授是開發(fā)一種RRAM的先驅(qū) - 可編程金屬化單元（PMC）及其商業(yè)變體導(dǎo)電橋接RAM（CBRAM）。Kozicki教授和Hugh Barnaby副教授也一直在研究如何使RRAM技術(shù)在太空等極端環(huán)境中使用，在這些環(huán)境中，低功耗和非伏特性的結(jié)合是必不可少的。薩爾瑪·弗魯杜拉教授是RRAM技術(shù)在新型計(jì)算中使用的積極支持者。余世萌助理教授自2008年起從事RRAM研究。Yu說(shuō)，與當(dāng)前的閃存（》10 μs和》10 V）相比，RRAM技術(shù)更快（《10 ns），編程電壓更?。ā? V）。

RRAM也有望比閃存更可靠，Yu說(shuō)。內(nèi)存可靠性是根據(jù)耐久性（完整性喪失前的寫入周期數(shù)）和保留期（數(shù)據(jù)的可讀生存期）來(lái)判斷的。與RRAM相比，非易失性閃存的耐久性較低，可以實(shí)現(xiàn)10 ^ 4至10 ^ 5個(gè)周期。RRAM 可以實(shí)現(xiàn) 10^6 至 10^12 個(gè)周期。Yu說(shuō)，非易失性存儲(chǔ)器的典型保留標(biāo)準(zhǔn)是在85°C下保持10年，這可以通過(guò)閃存滿足，并且也有可能通過(guò)RRAM達(dá)到。

RRAM在短期內(nèi)成為閃存繼任者的障礙是每比特成本。閃存是一種非常便宜的制造技術(shù)。Yu說(shuō)，3D閃存技術(shù)的突破進(jìn)一步降低了閃存的每比特成本，將閃迪等公司的RRAM路線圖推遲了幾年，直到可以為RRAM設(shè)備開發(fā)更便宜，更高產(chǎn)量的制造策略。而且性能提升不足以克服切換到RRAM的成本增加。

更像大腦的記憶

然而，存儲(chǔ)器市場(chǎng)并不是RRAM的唯一應(yīng)用。研究人員正在研究“神經(jīng)突觸”應(yīng)用，或者使計(jì)算機(jī)更像大腦。

如今，計(jì)算架構(gòu)在順序操作中工作。CPU從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。但這往往會(huì)導(dǎo)致瓶頸。Barnaby說(shuō)，當(dāng)今應(yīng)用中數(shù)據(jù)的激增使人們想到像大腦一樣并行處理數(shù)據(jù)的方法。在我們大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，突觸在我們學(xué)習(xí)時(shí)連接我們大腦中的活動(dòng)神經(jīng)元。這個(gè)想法是使用RRAM存儲(chǔ)器作為電路中人工神經(jīng)元之間的突觸。Barnaby說(shuō)，這對(duì)于涉及一些智能的圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等應(yīng)用將是有益的。

隨著這些令人興奮的發(fā)展，現(xiàn)在是使用內(nèi)存技術(shù)的激動(dòng)人心的時(shí)刻，這可能很快就會(huì)搶走一些處理器的聚光燈。

審核編輯：郭婷