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下一代通用内存会是ULTRARAM吗?

E4Life 来源:电子发烧友原创 作者:Leland 2022-01-19 09:43 次阅读
快速、非易失性、高耐久和低逻辑状态开关能耗,这些特质全部汇聚在一个通用内存上过去被认为是不可能实现的,因为它们所需的物理特性是相悖的。传统意义上来说,快速、高耐久的内存往往配以脆弱易丢失的逻辑状态,甚至需要不断刷新,比如我们的DRAM动态随机存取存储器。而非易失性的逻辑状态往往又需要大量能耗来完成开关,久而久之就会慢慢破坏存储器的结构,降低其耐用性,比如我们的Flash闪存。

即便如此,对于全能通用内存的追求一直没有停歇,近年来也涌现了不少创新技术,比如电阻式的ReRAM、磁性的MRAM或是相变的PCM等等。这些内存技术同样获得了惊人的进展,或多或少都进入了商业化的阶段,比如三星最近就宣布首次实现了基于MRAM的存内计算,未来很可能在AI和可穿戴设备上得到普及。但这些技术虽然解决了易失性的问题,逻辑状态稳定性和开关能耗的问题依旧未能获得改善。

而近日一种名为ULTRARAM的技术进入了我们的视野,并宣称有希望成为下一代通用内存。

ULTRARAM

这里的ULTRARAM可不是赛灵思UltraScale+ FPGA中的SRAM Ultraram,而是英国兰卡斯特大学研究人员提出的一种全新的通用内存备选技术。ULTRARAM同样是一种非易失性的内存技术,通过三重势垒的谐振隧穿异质结构,最终实现电子在浮栅的快速和超低能耗存储。而兰卡斯特大学的研究人员已经完成了该技术在硅基底上的实现,这也是走向大规模量产的重要成果。

ULTRARAM的异质结构 / 先进电子材料

ULTRARAM的异质结构主要基于III-V族化合物,利用砷化铟的量子阱和锑化铝的势垒,创造出了一个三重势垒的谐振隧穿(TBRT)结构。相对于组成浮栅的砷化铟来说,锑化铝2.1 eV的导带偏移为电子通过提供的势垒与闪存中二氧化硅电介质相当。只需施加2.5V左右的低电压,势垒就会对电子呈现透明的状态。加上极小的电容,ULTRARAM单位面积的开关能量损耗相较DRAM和闪存分别减少了100和1000倍。

除此之外,高耐久性也是ULTRARAM的另一大优势。通过对设备的进一步测试,兰卡斯特大学的研究人员得出了喜人的结果,数据保存寿命可达1000年,程序/擦除周期可达1000万次,这两项数据相较Flash闪存来说又是百倍以上的提升。

其实早在2016年,欧洲就投了一百万欧元用于锑化物在数据存储应用上的研究,并开展了为期三年的研究,由四大欧洲学府参与研究,其中之一正是英国兰卡斯特大学。如今ULTRARAM也终于有了成为通用内存备选技术的巨大突破,那么它有没有机会成功替代传统的内存和存储呢?我们不妨看看业内做的其他尝试再下定论。

非易失性内存的尝试

相信大家或多或少都听过英特尔的傲腾持久内存,凭借极高的性能,傲腾收获了一批企业用户。尽管傲腾给出的愿景很美好,但从事实角度来看,在英特尔去年第三季度的财报中,傲腾业务在2020年的前九个月中亏损了4.73亿美元,而同样布局3D XPoint的美光也在去年上半年停止了开发。

傲腾H20混合式固态盘 / 英特尔

这一切都说明傲腾的市场反响并不好,主要原因就是它的成本和扩展性。与NAND等竞品相比,傲腾从价格/容量上来看实在是一个昂贵的选择,英特尔宁愿放弃NAND业务,也要维持住亏损的傲腾一是因为体量大能够承受这样的损失,二是他们看好傲腾在智能NIC和DPU上的潜力。不过既然英特尔放弃了傲腾在桌面PC上的方案,也就称不上所谓的“通用”内存了。

MRAM / Everspin

此外就是我们在上文提到的MRAM,其实三星在MRAM上的突破或多或少也缓解了传统存储介质在能耗上的问题,但MRAM归根结底也没有解决容量的问题,无法作为真正意义上的通用内存方案。就拿专注于MRAM的Everspin来说,他们的MRAM方案虽然做到了GB级,但主要也是面向IoT、汽车等对容量没有过大需求的市场。

小结

说到这里,想必大家也都知道了这类非易失性内存想要成功所需的最终并不是性能,而是成本、量产难度和扩展性。ULTRARAM目前还是停留在研究阶段,最终能否从一众备选技术中杀出重围,还是先看量产制造上会不会遇到阻碍吧。
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