

隨著5G、人工智能(AI)、智能汽車等新興應用的快速更迭,市場對數據存儲在速度、功耗、容量、可靠性等層面提出了更高要求,存儲器技術也在不斷地面臨著新的挑戰。
新型存儲有哪些?
目前,新興的存儲技術旨在集成SRAM的開關速度和DRAM的高密度特性,并具有Flash的非易失特性。新型存儲技術可主要分為相變存儲器(PCM,Phase Change Memory)、磁變存儲器(MRAM)、阻變存儲器(RRAM/ReRAM)以及鐵電存儲器(FRAM/FeRAM)。
相變存儲器通過相變材料相態的變化獲得不同的電阻值,主要適用于大容量的獨立式存儲應用。磁變存儲器通過磁性材料中磁籌的方向變化改變電阻,主要適用于小容量高速低功耗的嵌入式應用。
而阻變存儲器則利用阻變材料中導電通道的產生或關閉實現電阻變化,目前主要用于物理不可克隆芯片(Physical Unclonable Function,PUF),并有可能在未來的人工智能、存算一體等領域發揮作用。
上述新型存儲技術都具備一些共性,比如具有非易失性或持久性的特點,而所有的主流非易失性存儲器均源自于只讀存儲器(ROM)技術,部分技術可通過工藝縮小尺寸,從而降低成本,無需使用閃存所需的塊擦除/頁寫入方法,從而大大降低了寫入耗電需求,同時提高了寫入速度。下表為新型存儲技術關鍵指標對比:

各路技術?
相變存儲器(PCM)
PCM是通過熱能的轉變,使相變材料(什么叫相變?,比如水在0°時從液態變為固態,稱為相變),PCM擁有壽命長、功耗低、密度高、抗輻照特性好的技術特點,同時在寫入更新代碼之前,PCM不需要擦除以前的代碼或數據,所以其讀寫速度比NAND Flash有所提高,讀寫時間較為均衡。PCM被認為是與CMOS工藝最兼容,技術最成熟的存儲技術。
磁變存儲器(MRAM)
MRAM是一種基于隧穿磁阻效應的技術,MRAM的產品主要適用于容量要求低的特殊應用領域以及新興的IoT嵌入式存儲領域,該技術擁有讀寫次數無限、寫入速度快(寫入時間可低至2.3n)、功耗低、和邏輯芯片整合度高的特點。
阻變存儲器(RRAM/ReRAM)
ReRAM是以非導性材料的電阻在外加電場作用下,在高阻態和低阻態之間實現可逆轉換為基礎的非易失性存儲器,該技術具備一般小于100ns的高速度、耐久性強、多位存儲能力的特點。
鐵電存儲器(FRAM/FeRAM)
FRAM技術是利用鐵電晶體材料電壓與電流關系具有滯后回路的特點來實現信息存儲,鐵電材料可同時用于電容器和CMOS
集成電路柵氧化層的數據存儲。FRAM技術具有讀寫速度快、壽命長、功耗低、可靠性高的特點,憑借諸多特性,正在成為存儲器未來發展方向之一。
幾十年來,研究人員日夜埋頭研究,希望能夠研發出可以取代傳統存儲器的新型存儲技術。
