作為中國本土半導(dǎo)體制造的龍頭企業(yè)，中芯國際（SMIC）的新聞及其取得的成績一直是行業(yè)關(guān)注的焦點,。2017新年伊始,，其一如既往地吸引著人們的眼球。前幾天,，該公司宣布正式出樣采用40nm工藝的ReRAM（非易失性阻變式存儲器）芯片,，并稱更先進的28nm工藝版很快也會到來,。

目前，在ROM存儲領(lǐng)域，NAND閃存無疑是絕對的主流,，保守點說，3,、5年內(nèi)它都會是電子設(shè)備存儲芯片的主流選擇,，但研究人員早就開始探索新一代非易失性存儲芯片了，Intel與美光聯(lián)合研發(fā)的3D XPoint,，是基于PCM相變存儲技術(shù),，也被稱為是新一代存儲芯片，而ReRAM更是頗具代表性的新型非易失性存儲器,。

ReRAM為何物

雖然ReRAM的名字中帶RAM,，但其實是像NAND閃存那樣用作數(shù)據(jù)存儲的ROM，只不過它的性能更強,，據(jù)說,，其密度比DRAM內(nèi)存高40倍，讀取速度快100倍,，寫入速度快1000倍,。ReRAM單芯片（200mm2左右）即可實現(xiàn)TB級存儲，還具備結(jié)構(gòu)簡單,、易于制造等優(yōu)點,。

ReRAM基于憶阻器原理，將DRAM的讀寫速度與SSD的非易失性結(jié)合于一身。換句話說,，關(guān)閉電源后存儲器仍能記住數(shù)據(jù),。如果ReRAM有足夠大的空間，一臺配備ReRAM的PC將不需要載入時間,。

ReRAM的優(yōu)勢

與NAND閃存相比,，ReRAM具備諸多優(yōu)點，具體如下：

速度：ReRAM寫速度更快,，以納秒為單位而不是毫秒,，這使它更適應(yīng)于高性能應(yīng)用。

功率：研究人員已經(jīng)證明,，微安培寫入功率并期望很快將進一步降低到納安范圍,，這使得ReRAM比NAND閃存能效更高。

耐用性：最常見的MLC閃存只能處理10000次寫操作,，而ReRAM卻可以處理數(shù)百萬個,。

ReRAM應(yīng)如何定位

在可預(yù)見的未來，NAND閃存將保留在成本和密度上的優(yōu)勢,這意味著它仍將在未來幾十年存活下去,。那么ReRAM在存儲應(yīng)用中要如何定位呢,？

數(shù)據(jù)完整性：關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用更喜歡ReRAM，而且關(guān)鍵是買得起,；

性能：固態(tài)硬盤這種高速存儲介質(zhì)消除了復(fù)雜性并提高了性能,；

移動性：網(wǎng)絡(luò)寬帶和內(nèi)存容量之間進行著一場永無止境的拉鋸戰(zhàn)，在這種情況下,，消費者可能會喜歡上他們移動設(shè)備的大容量存儲,。如果是這樣, ReRAM節(jié)能的優(yōu)點將在高端產(chǎn)品有所體現(xiàn)。

群雄逐鹿ReRAM

目前,，致力于商業(yè)化ReRAM的企業(yè)包括東芝,、Elpida、索尼,、松下,、美光、海力士,、富士通,、Crossbar等。

東芝憑借其類似于今天1.5萬轉(zhuǎn)硬盤的固態(tài)硬盤,，開始涉足這些高端市場,。這可能不是一個巨大的市場，但是其高利潤率還是值得一試的,。

其他廠商,，包括松下,、美光和三星，也正在致力于ReRAM的研發(fā),。

其實,，美光早在2007年就提出了這種技術(shù)，此后幾乎每年都會透露一些進展,，但就是距離量產(chǎn)遙遙無期,。

圖：設(shè)計指標(biāo)與內(nèi)核局部照片

美光是和索尼聯(lián)合研發(fā)ReRAM的，其基本原理和Crossbar RRAM有些類似,，同樣是非易失性存儲,，但是更強調(diào)電阻可變，同時為了區(qū)分,，縮寫也有所不同,。

美光曾經(jīng)表示，理想的指標(biāo)是讀寫帶寬1000MB/s,、200MB/s,，讀寫延遲2微秒、10微秒,，而目前的原型可以發(fā)揮大約九成的功力。

圖：內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)示意圖

中芯國際聯(lián)手Crossbar

此次,，中芯國際推出的ReRAM樣片,，其直接客戶就是Crossbar，該公司資料顯示,，Crossbar技術(shù)首先由中國出生的盧偉（Dr. Wei D. Lu）博士研發(fā),，他也是Crossbar的首席科學(xué)家和聯(lián)合創(chuàng)始人。盧博士擁有中國清華大學(xué)物理學(xué)士學(xué)位,，以及德克薩斯州萊斯大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位,。盧博士在ReRAM領(lǐng)域積累了十二年的研究經(jīng)驗，他先作為哈佛大學(xué)的博士后研究員,，然后被任命為密歇根大學(xué)教授從事這項研究,。他是納米結(jié)構(gòu)和設(shè)備行業(yè)的領(lǐng)先專家，包括基于雙端電阻開關(guān)設(shè)備的高密度內(nèi)存和邏輯系統(tǒng),、神經(jīng)元電路,、半導(dǎo)體納米線設(shè)備和低維系統(tǒng)中的電子輸運。

2016年,，Crossbar獲得了8000萬美元的風(fēng)投,，其中中國公司也參與了，而Crossbar去年3月份也宣布進軍中國市場,，他們的合作伙伴就是中芯國際,，將基于后者的40nm CMOS試產(chǎn)ReRAM芯片。根據(jù)該公司副總裁Sylvain Dubois所說，2016年內(nèi)中芯國際已經(jīng)開始給客戶出樣40nm工藝的ReRAM芯片,，實現(xiàn)了該公司之前2016年內(nèi)推出ReRAM的承諾,。

此外，更先進的28nm工藝版ReRAM芯片也將在2017年上半年問世,，不過Sylvain Dubois未透露是否還是由SMIC生產(chǎn),，或是交給其他代工廠。

當(dāng)ReRAM遇上人工智能

包括臉書,、亞馬遜,、微軟、谷歌,、阿里巴巴,、騰訊、百度等,，都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),，包括人臉、位置,、行為習(xí)慣,、社交照片等。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)到來,，而且正在指數(shù)級的增長,；自動駕駛汽車已經(jīng)進入市場，云計算已經(jīng)無處不在,。我們剛開始想象如何借助于這些創(chuàng)新來開創(chuàng)一個人工智能的新時代,，創(chuàng)建新的商業(yè)模式、新的生產(chǎn)率典范和新的大眾娛樂方式,，這些不僅對人類帶來意義深遠的影響,，而且也為通過數(shù)據(jù)盈利的創(chuàng)新者帶來巨大的財富。

收集與存儲這些“大”數(shù)據(jù)是當(dāng)務(wù)之急,。但是,，比數(shù)據(jù)有多“大”更為重要的是，如何驅(qū)動下一波的創(chuàng)新,。在人工智能競賽中的勝出者需要做四件事：1,、訪問大量的數(shù)據(jù)；2,、訪問正確的數(shù)據(jù),；3、把數(shù)據(jù)變?yōu)榫哂锌尚袆有缘亩床炝Φ膹姶笏惴ǎ?,、超越競爭對手的速度和規(guī)模,。今天,，通過訓(xùn)練人工智能算法與創(chuàng)建新的應(yīng)用，數(shù)據(jù)有機會成為利潤中心,。更多的數(shù)據(jù)訓(xùn)練,，就會讓人工智能算法更聰明。

應(yīng)用ReRAM這樣新的存儲技術(shù),，能夠發(fā)揮人工智能真實的潛能,，實現(xiàn)速度、低功耗/高能效,、存儲容量與可制造性的完美結(jié)合,。

當(dāng)目標(biāo)從簡單的代碼行的抓取，轉(zhuǎn)變成對從外部傳感器獲取的大量數(shù)據(jù)進行實時處理,、分析,、執(zhí)行時，大數(shù)據(jù)到人工智能的根本轉(zhuǎn)變就來臨了,。從傳感器來的數(shù)據(jù)可以存儲在芯片上,，直接輸送給深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以便采取直接的行動,。非易失性的存儲技術(shù),，比如ReRAM存儲技術(shù)，通過低功耗,、快速讀取,、基于字節(jié)尋址的寫操作，來幫助應(yīng)對性能與功耗的挑戰(zhàn),。

ReRAM存儲技術(shù)能夠直接集成在芯片內(nèi)部，產(chǎn)生一個新的以存儲為中心的片上系統(tǒng)架構(gòu),。通過與處理器核集成在同一顆芯片中的片上系統(tǒng)方案,，ReRAM充分地加速了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。ReRAM技術(shù)是一個重要的創(chuàng)新,，它加速人工智能的潛能,，實現(xiàn)多種應(yīng)用，加速性能,，極大地提高能效,，實現(xiàn)更高級的安全性，減少芯片的數(shù)量和芯片的面積,。

高性能計算,，比如人工智能，需要在處理器,、存儲與輸入輸出之間進行高帶寬,、低時延的數(shù)據(jù)訪問,。ReRAM存儲技術(shù)通過減少計算與存儲之間的性能差距，可顯著提升高性能計算應(yīng)用的性能,。