當(dāng)我們想到我們的智能手機和其他計算設(shè)備時，內(nèi)存通常不是我們在數(shù)據(jù)表上看到的第一個特性。處理器經(jīng)常成為焦點，但內(nèi)存是設(shè)備完成工作能力背后的真正力量。閃存近來一直主導(dǎo)著內(nèi)存市場，但隨著摩爾定律的發(fā)展，它面臨著一些擴展問題，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“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。這項技術(shù)也被稱為電阻式隨機存取存儲器 （RRAM），正在研究和開發(fā)以成為存儲器的下一個發(fā)展方向。

像閃存這樣的非易失性存儲器對所有類型的系統(tǒng)都非常重要，因為它能夠在不使用時關(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，以在閃存接近其擴展極限時超越閃存的性能。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)勢和劣勢。

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基本組成部分，但憶阻器是理論上的第四個。憶阻器是可以記住其歷史的電阻器，從而起到存儲器的作用，而 RRAM 是實現(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)在斷電時仍然存在，因此它有可能成為下一個非易失性存儲技術(shù)。

ASU 研究人員一直在積極開發(fā) RRAM 技術(shù)。Michael Kozicki 教授是開發(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)用于新型計算的積極支持者。于世萌助理教授自 2008 年以來一直在進行 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，RRAM 也有望比閃存更可靠。內(nèi)存可靠性是根據(jù)耐久性（完整性喪失前的寫入周期數(shù)）和保留（數(shù)據(jù)的可讀壽命）來判斷的。與 RRAM 相比，非易失性閃存的耐用性較低，可以達到 10^4 到 10^5 個周期。RRAM 可以達到 10^6 到 10^12 個周期。Yu 說，非易失性存儲器的典型保留標(biāo)準(zhǔn)是 85°C 時的 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，3D 閃存技術(shù)的突破進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)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，或者讓計算機更像大腦。

今天的計算架構(gòu)在順序操作中工作。CPU 從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)并進行計算。但這通常會導(dǎo)致瓶頸。Barnaby 說，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，這將有利于圖像識別和語音識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)的激動人心的時刻，這可能很快會搶走一些處理器的關(guān)注。

審核編輯：郭婷