下一代内存技术

当我们想到我们的智能手机和其他计算设备时，内存通常不是我们在数据表上看到的第一个特性。处理器经常成为焦点，但内存是设备完成工作能力背后的真正力量。闪存近来一直主导着内存市场，但随着摩尔定律的发展，它面临着一些扩展问题，导致业界转向其他地方寻找内存解决方案。Hewlitt Packard （HP） 对“The Machine”架构的宣传使“忆阻器”一词重新回到了内存的聚光灯下。这项技术也被称为电阻式随机存取存储器 （RRAM），正在研究和开发以成为存储器的下一个发展方向。

像闪存这样的非易失性存储器对所有类型的系统都非常重要，因为它能够在不使用时关闭内存，从而节省能源——在功率受限的嵌入式系统中尤其重要。但随着应用程序在更小的封装中推动更快、更高的性能和更低的功耗，内存公司正在寻找 RRAM 的能力，以在闪存接近其扩展极限时超越闪存的性能。此外，亚利桑那州立大学等大学也在分析 RRAM 在各种应用中的优势和劣势。

比较 RRAM 和闪存

RRAM 技术背后的概念并不新鲜——它们自 1960 年代就已经存在，但在过去 10 年中作为当前内存技术的继承者才引起了极大的兴趣。电阻器、电容器和电感器是电路的三个基本组成部分，但忆阻器是理论上的第四个。忆阻器是可以记住其历史的电阻器，从而起到存储器的作用，而 RRAM 是实现这一概念的技术。RRAM 设备可以分别根据正电压或负电压保持低电阻或高电阻状态，这可以作为位读取。这些状态在断电时仍然存在，因此它有可能成为下一个非易失性存储技术。

ASU 研究人员一直在积极开发 RRAM 技术。Michael Kozicki 教授是开发一种 RRAM——可编程金属化单元 （PMC） 及其商业变体导电桥接 RAM （CBRAM） 的先驱。Kozicki 教授和 Hugh Barnaby 副教授也一直在研究如何使 RRAM 技术可用于太空等极端环境，在这种环境中，低功耗和非电压的结合是必不可少的。Sarma Vrudhula 教授是 RRAM 技术用于新型计算的积极支持者。于世萌助理教授自 2008 年以来一直在进行 RRAM 研究。Yu 表示，与当前的闪存（》10 µs 和 》10 V）相比，RRAM 技术更快（《10 ns）并且编程电压更小（《3 V）。

Yu 说，RRAM 也有望比闪存更可靠。内存可靠性是根据耐久性（完整性丧失前的写入周期数）和保留（数据的可读寿命）来判断的。与 RRAM 相比，非易失性闪存的耐用性较低，可以达到 10^4 到 10^5 个周期。RRAM 可以达到 10^6 到 10^12 个周期。Yu 说，非易失性存储器的典型保留标准是 85°C 时的 10 年，闪存可以满足这一要求，RRAM 也有可能满足这一要求。

RRAM 在短期内成为闪存继任者的障碍是每比特成本。闪存是一种非常便宜的制造技术。Yu 说，3D 闪存技术的突破进一步降低了闪存的每比特成本，将闪迪等公司的 RRAM 路线图推迟了几年，直到可以为 RRAM 设备开发出更便宜、更高产量的制造策略。并且性能提升不足以克服切换到 RRAM 的成本增加。

更像大脑的记忆

然而，内存市场并不是 RRAM 的唯一应用。研究人员正在研究“神经突触”应用程序，或者让计算机更像大脑。

今天的计算架构在顺序操作中工作。CPU 从内存中获取数据并进行计算。但这通常会导致瓶颈。Barnaby 说，当今应用程序中数据的激增使人们想到了像大脑一样并行处理数据的方法。在我们大脑的神经网络中，随着我们的学习，突触连接着我们大脑中的活跃神经元。这个想法是使用 RRAM 内存作为电路中人工神经元之间的突触。Barnaby 说，这将有利于图像识别和语音识别等涉及一些智能的应用。

随着这些令人兴奋的发展，现在是使用内存技术的激动人心的时刻，这可能很快会抢走一些处理器的关注。

审核编辑：郭婷