當(dāng)我們想到我們的智能手機(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)特性。處理器經(jīng)常成為焦點(diǎn)，但內(nèi)存是設(shè)備完成工作能力背后的真正力量。閃存近來(lái)一直主導(dǎo)著內(nèi)存市場(chǎng)，但隨著摩爾定律的發(fā)展，它面臨著一些擴(kuò)展問(wèn)題，導(dǎo)致業(yè)界轉(zhuǎn)向其他地方尋找內(nèi)存解決方案。Hewlitt Packard （HP） 對(duì)“The Machine”架構(gòu)的宣傳使“憶阻器”一詞重新回到了內(nèi)存的聚光燈下。這項(xiàng)技術(shù)也被稱為電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 （RRAM），正在研究和開(kāi)發(fā)以成為存儲(chǔ)器的下一個(gè)發(fā)展方向。

像閃存這樣的非易失性存儲(chǔ)器對(duì)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)閉內(nèi)存，從而節(jié)省能源——在功率受限的嵌入式系統(tǒng)中尤其重要。但隨著應(yīng)用程序在更小的封裝中推動(dòng)更快、更高的性能和更低的功耗，內(nèi)存公司正在尋找 RRAM 的能力，以在閃存接近其擴(kuò)展極限時(shí)超越閃存的性能。此外，亞利桑那州立大學(xué)等大學(xué)也在分析 RRAM 在各種應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。

比較 RRAM 和閃存

RRAM 技術(shù)背后的概念并不新鮮——它們自 1960 年代就已經(jīng)存在，但在過(guò)去 10 年中作為當(dāng)前內(nèi)存技術(shù)的繼承者才引起了極大的興趣。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)。憶阻器是可以記住其歷史的電阻器，從而起到存儲(chǔ)器的作用，而 RRAM 是實(shí)現(xiàn)這一概念的技術(shù)。RRAM 設(shè)備可以分別根據(jù)正電壓或負(fù)電壓保持低電阻或高電阻狀態(tài)，這可以作為位讀取。這些狀態(tài)在斷電時(shí)仍然存在，因此它有可能成為下一個(gè)非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。

ASU 研究人員一直在積極開(kāi)發(fā) RRAM 技術(shù)。Michael Kozicki 教授是開(kāi)發(fā)一種 RRAM——可編程金屬化單元 （PMC） 及其商業(yè)變體導(dǎo)電橋接 RAM （CBRAM） 的先驅(qū)。Kozicki 教授和 Hugh Barnaby 副教授也一直在研究如何使 RRAM 技術(shù)可用于太空等極端環(huán)境，在這種環(huán)境中，低功耗和非電壓的結(jié)合是必不可少的。Sarma Vrudhula 教授是 RRAM 技術(shù)用于新型計(jì)算的積極支持者。于世萌助理教授自 2008 年以來(lái)一直在進(jìn)行 RRAM 研究。Yu 表示，與當(dāng)前的閃存（》10 μs 和 》10 V）相比，RRAM 技術(shù)更快（《10 ns）并且編程電壓更小（《3 V）。

Yu 說(shuō)，RRAM 也有望比閃存更可靠。內(nèi)存可靠性是根據(jù)耐久性（完整性喪失前的寫(xiě)入周期數(shù)）和保留（數(shù)據(jù)的可讀壽命）來(lái)判斷的。與 RRAM 相比，非易失性閃存的耐用性較低，可以達(dá)到 10^4 到 10^5 個(gè)周期。RRAM 可以達(dá)到 10^6 到 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 85°C 時(shí)的 10 年，閃存可以滿足這一要求，RRAM 也有可能滿足這一要求。

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(kāi)發(fā)出更便宜、更高產(chǎn)量的制造策略。并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，內(nèi)存市場(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)用程序，或者讓計(jì)算機(jī)更像大腦。

今天的計(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。但這通常會(huì)導(dǎo)致瓶頸。Barnaby 說(shuō)，當(dāng)今應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)的激增使人們想到了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，隨著我們的學(xué)習(xí)，突觸連接著我們大腦中的活躍神經(jīng)元。這個(gè)想法是使用 RRAM 內(nèi)存作為電路中人工神經(jīng)元之間的突觸。Barnaby 說(shuō)，這將有利于圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等涉及一些智能的應(yīng)用。

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，這可能很快會(huì)搶走一些處理器的關(guān)注。

審核編輯：郭婷