存儲(chǔ)器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)最關(guān)鍵的組件之一,，已經(jīng)形成主要由DRAM與NAND Flash構(gòu)成的超千億美元的市場(chǎng),。隨著萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，人工智能,、智能汽車等新興應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)存儲(chǔ)提出了更高的性能要求，促使新型存儲(chǔ)器迅速發(fā)展，影響未來(lái)存儲(chǔ)器市場(chǎng)格局,。

　　我國(guó)正在大力發(fā)展存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)，除了在傳統(tǒng)存儲(chǔ)器上努力實(shí)現(xiàn)追趕,，也在提前布局新型存儲(chǔ)器,，這將是未來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重要部分。

　　新型存儲(chǔ)器究竟指什么,，有哪些技術(shù)原理,，競(jìng)爭(zhēng)格局如何，未來(lái)發(fā)展前景會(huì)是怎樣,？

　　本期「云岫研究」,，我們聚焦于新型存儲(chǔ)器中的阻變存儲(chǔ)器 （ReRAM或RRAM，Resistive RAM）,，并通過(guò)分析其技術(shù),、應(yīng)用場(chǎng)景與模式，得出如下判斷：

　　1.萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代,，需要速度,、功耗、容量等性能更強(qiáng)的新型存儲(chǔ)器,；2.對(duì)比四大新型存儲(chǔ)器,，ReRAM在密度、工藝制程,、成本和良率上具備明顯優(yōu)勢(shì),；3.AIoT、智能汽車,、數(shù)據(jù)中心,、AI計(jì)算（存算一體）將是ReRAM的重要發(fā)展機(jī)遇；4.IDM模式是ReRAM廠商的最佳選擇,；

　　5.新型存儲(chǔ)器是中國(guó)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)領(lǐng)域彎道超車的最佳機(jī)會(huì),。

　　存儲(chǔ)器是半導(dǎo)體最大細(xì)分市場(chǎng)

　　新型存儲(chǔ)器是未來(lái)選擇

　　存儲(chǔ)器是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的風(fēng)向標(biāo)和最大細(xì)分市場(chǎng)，約占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的三分之一,。智能時(shí)代的到來(lái),，將引起存儲(chǔ)行業(yè)的新一輪爆發(fā),。

　　據(jù)YOLE統(tǒng)計(jì)，2019年以來(lái),，存儲(chǔ)器成為半導(dǎo)體增速最快的細(xì)分行業(yè),，總體市場(chǎng)空間將從2019年的1110億美元增長(zhǎng)至2025年的1850億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為9%,。細(xì)分市場(chǎng)中,，新型存儲(chǔ)器市場(chǎng)增速最快，將從5億美元增長(zhǎng)到40億美元,，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到42%,，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

　　圖1：全球存儲(chǔ)器市場(chǎng)規(guī)模及增速

　　（資料來(lái)源：YOLE）

　　存儲(chǔ)器可以按照斷電是否能保存數(shù)據(jù)分為兩類,。

　　圖2：存儲(chǔ)器分類（云岫資本整理）

　　第一類易失性存儲(chǔ)器是以動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）代表的易失性存儲(chǔ)器,，二者均具備高讀寫(xiě)速度。其中SRAM速度高于DRAM,，但密度低于DRAM,，這是因?yàn)橐粋€(gè)DRAM存儲(chǔ)單元僅需一個(gè)晶體管和一個(gè)小電容，而每個(gè)SRAM單元需要四到六個(gè)晶體管,。其共同的缺點(diǎn)是容量較低且成本高,，一般分別用作主存和緩存。

　　第二類非易失性存儲(chǔ)器包括以NOR FLASH和NAND FLASH為代表的傳統(tǒng)存儲(chǔ)器和四種新型存儲(chǔ)器,。NOR FLASH的容量較小且寫(xiě)入速度極低,，但讀速較快，具備芯片內(nèi)執(zhí)行的特點(diǎn),，適合低容量,、快速隨機(jī)讀取訪問(wèn)的場(chǎng)景；NAND FLASH的容量大成本較低,，但讀寫(xiě)速度極低,，一般用于大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　除FRAM以外的新型存儲(chǔ)器均是通過(guò)阻值高低變化實(shí)現(xiàn)“0”“1”數(shù)據(jù)存儲(chǔ),，四種新型存儲(chǔ)器均具備非易失性,，斷電后仍可以保存數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)存儲(chǔ)器在讀寫(xiě)速度,、功耗,、壽命等方面各有優(yōu)勢(shì)。

　　存儲(chǔ)器的發(fā)展取決于應(yīng)用場(chǎng)景的變化,。

　　圖3：存儲(chǔ)的過(guò)去,、現(xiàn)在與未來(lái)

　　——場(chǎng)景應(yīng)用決定市場(chǎng)趨勢(shì)（云岫資本整理）

　　20世紀(jì)70年代起，DRAM進(jìn)入商用市場(chǎng)，并以其極高的讀寫(xiě)速度成為存儲(chǔ)領(lǐng)域最大分支市場(chǎng),；功能手機(jī)出現(xiàn)后,，迎來(lái)NOR Flash市場(chǎng)的爆發(fā),；進(jìn)入PC時(shí)代,，人們對(duì)于存儲(chǔ)容量的需求越來(lái)越大，低成本,、高容量的NAND Flash成為最佳選擇,。

　　智能化時(shí)代里，萬(wàn)物智聯(lián),，存儲(chǔ)行業(yè)市場(chǎng)空間將進(jìn)一步加大,，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在速度、功耗,、容量,、可靠性層面也將提出更高要求。而DRAM雖然速度快,，但功耗大,、容量低、成本高,，且斷電無(wú)法保存數(shù)據(jù),，使用場(chǎng)景受限；NOR Flash和NAND Flash讀寫(xiě)速度低,，存儲(chǔ)密度受限于工藝制程,。市場(chǎng)亟待能夠滿足新場(chǎng)景的存儲(chǔ)器產(chǎn)品，性能有著突破性進(jìn)展的新型存儲(chǔ)器即將迎來(lái)爆發(fā)期,。

　　對(duì)比四種新型存儲(chǔ)器

　　ReRAM在密度,、工藝制程、成本和良率上

　　具備明顯優(yōu)勢(shì)

　　目前,，新型存儲(chǔ)器主要有4種：

　　相變存儲(chǔ)器（PCM）,，以Intel和Micron聯(lián)合研發(fā)的3D Xpoint為代表；鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）,，代表公司有Ramtron和Symetrix,；磁性存儲(chǔ)器（MRAM），代表公司是美國(guó)Everspin,；阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）,，代表公司有松下、Crossbar和昕原半導(dǎo)體,。

　　表1：4種新型存儲(chǔ)器參數(shù)對(duì)比

　?。ㄙY料來(lái)源：Objective Analysis）

　　1.相變存儲(chǔ)器（PCM或PCRAM，Phase-change RAM）PCM的原理是通過(guò)改變溫度，讓相變材料在低電阻結(jié)晶（導(dǎo)電）狀態(tài)與高電阻非結(jié)晶（非導(dǎo)電）狀態(tài)間轉(zhuǎn)換,。

　　圖4：PCM原理（資料來(lái)源：Intel）

　　PCM雖然讀寫(xiě)速度比NAND Flash有所提高,，但其RESET后的冷卻過(guò)程需要高熱導(dǎo)率，會(huì)帶來(lái)更高功耗,，且由于其存儲(chǔ)原理是利用溫度實(shí)現(xiàn)相變材料的阻值變化,，所以對(duì)溫度十分敏感，無(wú)法用在寬溫場(chǎng)景,。其次,，為了使相變材料兼容CMOS工藝，PCM必須采取多層結(jié)構(gòu),，因此存儲(chǔ)密度過(guò)低,，在容量上無(wú)法替代NAND Flash。除此之外,，成本和良率也是瓶頸之一,。

　　Intel和Samsung于2006年生產(chǎn)了第一款商用PCM芯片。2015年,，Intel和Micron合作開(kāi)發(fā)了名為3D XPoint的存儲(chǔ)技術(shù),，該技術(shù)也是PCM的一種。2018年雙方結(jié)束了聯(lián)合開(kāi)發(fā)工作,，2021年3月,，Micron宣布停止所有基于3D XPoint技術(shù)產(chǎn)品的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

　　2.鐵電存儲(chǔ)器 （FRAM或FeRAM,，F(xiàn)erroelectric RAM）FRAM并非使用鐵電材料,，只是由于存儲(chǔ)機(jī)制類似鐵磁存儲(chǔ)的滯后行為，因此得名,。FRAM晶體材料的電壓-電流關(guān)系具有可用于存儲(chǔ)的特征滯后回路,。

　　圖5：FRAM原理（資料來(lái)源：Objective Analysis）

FRAM優(yōu)勢(shì)在于讀寫(xiě)速度快、壽命良好,，但其存儲(chǔ)單元基于雙晶體管,，雙電阻器單元，單元尺寸至少是DRAM的兩倍,，存儲(chǔ)密度受限,，成本較高。并且它的讀取是破壞性的,，每次讀取后必須通過(guò)后續(xù)寫(xiě)入來(lái)抵消,，以將該位的內(nèi)容恢復(fù)到其原始狀態(tài)。

　　材料方面,，目前鐵電晶體材料PZT（鋯鈦酸鉛）和SBT（鉭酸鍶鉍）都存在疲勞退化,、污染環(huán)境等問(wèn)題,，尚未找到完美商業(yè)化的材料。

　　目前,，Ramtron（歸屬于Cypress）和Symetrix兩家公司正主導(dǎo)FRAM的開(kāi)發(fā),。

　　3.磁性存儲(chǔ)器 （MRAM，Magnetic RAM）

　　目前主流的MRAM技術(shù)是STT MRAM,，使用隧道層的“巨磁阻效應(yīng)”來(lái)讀取位單元,，當(dāng)該層兩側(cè)的磁性方向一致時(shí)為低電阻，當(dāng)磁性方向相反時(shí),，電阻會(huì)變得很高,。

　　圖6：MRAM原理

　?。ㄙY料來(lái)源：Avalanche Technology）

　　STT MRAM雖然性能較好,，但臨界電流密度和功耗仍需進(jìn)一步降低，目前MRAM的存儲(chǔ)單元尺寸仍較大且不支持堆疊,，工藝較為復(fù)雜,，大規(guī)模制造難以保證均一性，存儲(chǔ)容量和良率爬坡緩慢,。在工藝取得進(jìn)一步突破之前,，MRAM產(chǎn)品主要適用于容量要求低的特殊應(yīng)用領(lǐng)域，以及新興的IoT嵌入式存儲(chǔ)領(lǐng)域,。

　　商業(yè)上,，Everspin與Global Foundries合作，UMC與Avalanche Technology合作,，推廣STT-MRAM,。

　　4.阻變存儲(chǔ)器 （ReRAM或RRAM，Resistive RAM）阻變存儲(chǔ)器全稱是電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,，是以非導(dǎo)性材料的電阻在外加電場(chǎng)作用下,，在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的非易失性存儲(chǔ)器。ReRAM包括許多不同的技術(shù)類別,，比如氧空缺存儲(chǔ)器（OxRAM,，Oxygen Vacancy Memories）、導(dǎo)電橋存儲(chǔ)器 （CBRAM,，Conductive Bridge Memories）,、金屬離子存儲(chǔ)器（Metal Ion Memories）以及納米碳管 （Carbon Nano-tubes）。

　　圖7：ReRAM原理

　?。ㄙY料來(lái)源：Objective Analysis）

　　ReRAM的單元面積極小,，可做到4F?，讀寫(xiě)速度是NAND FLASH的1000倍,，同時(shí)功耗下降15倍,。

　　ReRAM工藝也更為簡(jiǎn)單,。以Crossbar和昕原半導(dǎo)體為例，其采用對(duì)CMOS友善的材料,，能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝與設(shè)備,，對(duì)產(chǎn)線無(wú)污染，整體制造成本低,，可以很容易地讓半導(dǎo)體代工廠具備ReRAM的生產(chǎn)制造能力,，這對(duì)于量產(chǎn)和商業(yè)化推動(dòng)有很大優(yōu)勢(shì)。

　　圖8：Crossbar的電阻切換機(jī)制和新型3D堆疊ReRAM（資料來(lái)源：Crossbar官網(wǎng)）

　　上圖是Crossbar的ReRAM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，大致分為頂部電極,，開(kāi)關(guān)介質(zhì)和底部電極三層結(jié)構(gòu)，其電阻切換機(jī)制是：兩個(gè)電極之間施加電壓時(shí),，切換材料中將形成納米細(xì)絲,，通過(guò)細(xì)絲連接上下兩個(gè)電極，改變轉(zhuǎn)換層的電阻,，細(xì)絲相連代表存儲(chǔ)值“1”,，細(xì)絲斷裂代表存儲(chǔ)值“0”。

　　由于電阻切換機(jī)制基于金屬導(dǎo)絲,，因此Crossbar ReRAM單元非常穩(wěn)定,，能夠承受從-40°C到125°C的溫度波動(dòng)，寫(xiě)周期為1M +,，在85°C的溫度下可保存10年,。

　　從密度、能效比,、成本,、工藝制程和良率各方面綜合衡量，ReRAM存儲(chǔ)器在目前已有的新型存儲(chǔ)器中具備明顯優(yōu)勢(shì),。

　　ReRAM國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　在商業(yè)化上,，Crossbar、昕原半導(dǎo)體,、松下,、Adesto、Elpida,、東芝,、索尼、美光,、海力士,、富士通等廠商都在開(kāi)展ReRAM的研究和生產(chǎn)，其中專注IP授權(quán)的Crossbar對(duì)于ReRAM的基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)走在了前列,。

　　Crossbar研發(fā)了兩種存儲(chǔ)架構(gòu)——1T1R和3D堆疊式架構(gòu),，3D堆疊技術(shù)可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存,，內(nèi)置選擇器允許多種存儲(chǔ)陣列配置，單個(gè)晶體管可以驅(qū)動(dòng)數(shù)千個(gè)存儲(chǔ)單元,，可以組織成超密集的3D交叉點(diǎn)陣列,，可堆疊并能夠擴(kuò)展到10nm以下，從而為單個(gè)裸片上的TB級(jí)存儲(chǔ)鋪平了道路,。

　　在代工廠方面,，中芯國(guó)際（SMIC）、臺(tái)積電（TSMC）和聯(lián)電（UMC）都已經(jīng)將ReRAM納入自己未來(lái)的發(fā)展版圖中,。

　　根據(jù)公開(kāi)信息,，已量產(chǎn)的海外ReRAM存儲(chǔ)器主要有Adesto的130nm CBRAM和松下的180nm ReRAM。松下（Panasonic）在2013年開(kāi)始出貨ReRAM,，成為了世界第一家出貨ReRAM的公司,。接著，松下與富士通聯(lián)合推出了第二代ReRAM技術(shù),，基于180nm工藝,。而Adesto 一直在緩慢地出貨低密度 CBRAM。

　　國(guó)內(nèi),，昕原半導(dǎo)體在Crossbar的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)核心升級(jí)和工藝制程的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)28nm量產(chǎn),，并且已建成自己的首條量產(chǎn)線,，擁有了垂直一體化存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)加制造的能力。兆易創(chuàng)新和Rambus宣布合作建立合資企業(yè)合肥?？莆ⅲ≧eliance Memory）,，進(jìn)行ReRAM技術(shù)的商業(yè)化，但目前還無(wú)量產(chǎn)消息,。

　　ReRAM迎來(lái)四大發(fā)展機(jī)遇：

　　AIoT,、智能汽車、數(shù)據(jù)中心,、AI計(jì)算

　　1.AIoT

　　AIoT指人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中的落地融合,。根據(jù)艾瑞咨詢數(shù)據(jù)，2019 年中國(guó) AIoT 產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值為3808 億元,，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)7509億元,，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)25.4%。

　　AIoT需要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互,，因此不僅要求存儲(chǔ)器低功耗,，也需要高讀寫(xiě)和低延遲。目前的NOR Flash存儲(chǔ)密度低,、容量小,、功耗高,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高寫(xiě)入速度。而ReRAM在保證讀性能的情況下,，寫(xiě)入速度可提升1000倍,，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)密度和十分低的功耗，未來(lái)將會(huì)是取代NOR Flash成為萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代存儲(chǔ)器的最佳選擇,。

　　隨著人與物交互信息越來(lái)越多,，很多私人信息會(huì)被存儲(chǔ)記錄，物聯(lián)網(wǎng)在帶來(lái)生活便利的同時(shí),，也帶來(lái)了潛在的數(shù)據(jù)安全隱患,，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的攻擊甚至可以通過(guò)設(shè)備傳遞到現(xiàn)實(shí)生活中帶來(lái)難以想象的破壞。AIoT應(yīng)用越來(lái)越多要求具備安全屬性,。然而,，目前普遍的安全芯片+Nor Flash方案存在成本高、空間受限等痛點(diǎn),。PUF（Physically Unclonable Function,，物理不可克隆函數(shù)）+新型存儲(chǔ)器芯片有望成為解決智能設(shè)備存儲(chǔ)與安全問(wèn)題的主流方案。

　　PUF是一種利用芯片在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中的工藝波動(dòng)性來(lái)生成芯片唯一函數(shù),，能夠做到一芯一密,，可稱之為“芯片指紋”。目前,，昕原半導(dǎo)體設(shè)計(jì)了基于ReRAM存儲(chǔ)器的PUF芯片,，可以同時(shí)具備存儲(chǔ)加安全兩個(gè)功能。

　　2.智能汽車

　　汽車電子根據(jù)功能可分為車身控制系統(tǒng)（ECU）,、安全系統(tǒng),、娛樂(lè)設(shè)備、底盤(pán)控制,、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等,，都需要半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，包括存儲(chǔ)器,、傳感器,、光電器件、射頻器件,、功率器件等,。

　　根據(jù)Counterpoint Research預(yù)測(cè)，未來(lái)單車存儲(chǔ)容量將達(dá)到2TB-11TB,，一輛L4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車至少需要74GB DRAM和1TB NAND,。據(jù)IHS預(yù)測(cè)，全球汽車存儲(chǔ)IC市場(chǎng)規(guī)模2025年約為83億美元,。

　　智能汽車對(duì)存儲(chǔ)器的要求不僅在于溫度和可靠性,?？刂葡到y(tǒng)需要智能化實(shí)時(shí)決策；ADAS系統(tǒng)時(shí)刻產(chǎn)生大量圖像數(shù)據(jù),；娛樂(lè)系統(tǒng)需要更加智能來(lái)提升用戶體驗(yàn),；能耗對(duì)于智能汽車也是關(guān)鍵性因素……這些都要求存儲(chǔ)器具備大量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)吞吐能力，保證存儲(chǔ)穩(wěn)定性和高能效比,。

　　傳統(tǒng)的NOR Flash無(wú)法滿足未來(lái)智能汽車對(duì)讀寫(xiě)速度（特別是XIP程序執(zhí)行效率）的要求,；NAND Flash難以實(shí)現(xiàn)XIP片上的程序執(zhí)行并且極慢；DRAM和SRAM容量有限,，斷電數(shù)據(jù)會(huì)丟失,。新型存儲(chǔ)器中，ReRAM不僅滿足高讀寫(xiě)速度和存儲(chǔ)密度的要求,，同時(shí)延遲可降低1000倍,，可滿足未來(lái)智能駕駛高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量。

　　安全性方面,，ReRAM具備寬溫和可靠性,。未來(lái)有望出現(xiàn)高性能、高集成度,、高穩(wěn)定性和低功耗的車規(guī)ReRAM存儲(chǔ)器,。

　　3.數(shù)據(jù)中心

　　AI時(shí)代，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng),，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)將在云端進(jìn)行處理,，根據(jù)思科預(yù)測(cè)，2021年全球?qū)⒂?327EB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心,，6年復(fù)合增長(zhǎng)率率高達(dá)41%。根據(jù)《2019-2020年中國(guó)IDC產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》預(yù)測(cè),，2022年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)3200億元,。

　　數(shù)據(jù)量的爆發(fā)催生對(duì)存儲(chǔ)器新的增量市場(chǎng)和性能要求,，據(jù)SUMCO預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)中心對(duì)SSD存儲(chǔ)的需求將在2019年到2023年之間實(shí)現(xiàn)46%的復(fù)合增長(zhǎng),。但目前數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)器性能發(fā)展速度無(wú)法跟上計(jì)算需求，并且功耗仍是數(shù)據(jù)中心成本最高的因素之一,。

　　傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)雖然壽命長(zhǎng)成本低,，但是讀寫(xiě)速度極低且發(fā)熱和噪聲明顯。DRAM雖速度較快但為易失性存儲(chǔ)器,，斷電無(wú)法保存數(shù)據(jù)且成本極高,，無(wú)法作為大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)使用。而NAND讀寫(xiě)速度仍較慢,，另一方面功耗較高,，性能和容量與工藝制程強(qiáng)相關(guān)?，F(xiàn)有存儲(chǔ)器無(wú)法跟上未來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)高讀寫(xiě)速度，低延遲,，低功耗的需求,。

　　ReRAM相較NAND可提升100倍的讀寫(xiě)性能，同時(shí)保持更低的功耗和高存儲(chǔ)密度,，有望解決未來(lái)數(shù)據(jù)中心高能效比,，低延遲的需求，實(shí)現(xiàn)更高性能的AI數(shù)據(jù)中心,。

　　4.AI計(jì)算（存算一體）

　　人工智能是目前技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì),，根據(jù)沙利文咨詢數(shù)據(jù)，2016-2024年人工智能的年均增長(zhǎng)率達(dá)到33.98%,，預(yù)計(jì)2024年將超過(guò)6157億美元,。而我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計(jì)2024年將逼近8000億元，約占全球總體產(chǎn)業(yè)規(guī)模的20%,，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到48.97%,，大大超過(guò)全球平均水平。

　　算力,、算法,、數(shù)據(jù)量是人工智能發(fā)展的三大基礎(chǔ)要素，它們決定了AI計(jì)算的性能,，這其中的兩點(diǎn)都與存儲(chǔ)相關(guān)：數(shù)據(jù)由存儲(chǔ)器承載,，數(shù)據(jù)量決定了AI計(jì)算模型的準(zhǔn)確度；算力方面,，未來(lái)對(duì)芯片計(jì)算性能和延遲性都提出了更高要求,。

　　目前的馮諾依曼架構(gòu)，存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元獨(dú)立分開(kāi),，搬移數(shù)據(jù)的過(guò)程需要消耗大量時(shí)間和能量,，并且由于處理器和存儲(chǔ)器的工藝路線不同，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度難以跟上CPU的數(shù)據(jù)處理速度,，性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于處理器,。所以，馮諾依曼架構(gòu)在數(shù)據(jù)處理速度和能效比等方面存在天然限制,，這被稱為“存儲(chǔ)墻”,。

　　存算一體架構(gòu)通過(guò)將存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元融為一體，消除了數(shù)據(jù)訪存帶來(lái)的延遲和功耗,，可以突破“存儲(chǔ)墻”,，實(shí)現(xiàn)更高的算力和更高的能效比。

　　圖9：存算一體突破存儲(chǔ)墻（云岫資本整理）

　　目前存算一體有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種是基于易失性存儲(chǔ)器DRAM和SRAM,，但由于存儲(chǔ)器制造工藝和邏輯計(jì)算單元的制造工藝不同,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的融合，目前只能實(shí)現(xiàn)近存計(jì)算,，仍存在存儲(chǔ)墻問(wèn)題,，甚至因?yàn)榛ミB問(wèn)題可能還會(huì)帶來(lái)性能損失。并且,，因?yàn)镾RAM和DRAM是易失性存儲(chǔ)器,，需要持續(xù)供電來(lái)保存數(shù)據(jù)，仍存在功耗和可靠性的問(wèn)題,。

　　第二種是結(jié)合非易失性新型存儲(chǔ)器,，可以利用歐姆定律和基爾霍夫定律在陣列內(nèi)完成矩陣乘法運(yùn)算，而無(wú)需向芯片內(nèi)移入和移出權(quán)重,。新型存儲(chǔ)器是通過(guò)阻值變化來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),，而存儲(chǔ)器加載的電壓等于電阻和電流的乘積，相當(dāng)于每個(gè)單元可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)乘法運(yùn)算,，再匯總相加便可以實(shí)現(xiàn)矩陣乘法,，所以新型存儲(chǔ)器天然具備存儲(chǔ)和計(jì)算的屬性。在這種情況下,，同一單元就可以完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算,，消除了數(shù)據(jù)訪存帶來(lái)的延遲和功耗，是真正意義上的存算一體,。

　　新型存儲(chǔ)器中,，ReRAM具有高集成密度、高開(kāi)關(guān)比,、高計(jì)算精度,、高能效比和制造兼容CMOS工藝等優(yōu)良特性，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)存算一體的最佳選擇之一,。

　　圖10：新型存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)存算一體

　?。∟ature Nanotechnology）

　　IDM模式是ReRAM廠商的最佳選擇

　　存儲(chǔ)行業(yè)中，純芯片設(shè)計(jì)公司難以擺脫對(duì)代工廠的依賴,，不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高,，而且無(wú)法根據(jù)生產(chǎn)工藝做出適配性設(shè)計(jì),；而純代工企業(yè)利潤(rùn)較低無(wú)法享受更多新技術(shù)紅利。因此,，目前世界前十大半導(dǎo)體公司中的4家存儲(chǔ)公司,，全部為IDM模式，擁有存儲(chǔ)芯片設(shè)計(jì)加制造的全套能力,。

　　對(duì)于以ReRAM為代表的新型存儲(chǔ)器而言,，IDM模式不僅工藝和產(chǎn)能自主可控,，同時(shí)可以不斷進(jìn)行迭代優(yōu)化，通過(guò)高良率和高性能迅速筑起行業(yè)壁壘,，是存儲(chǔ)器行業(yè)發(fā)展最佳的商業(yè)模式,。

　　新型存儲(chǔ)器是

　　中國(guó)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)領(lǐng)域彎道超車的最佳機(jī)會(huì)

　　目前中國(guó)存儲(chǔ)器市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化率極低，傳統(tǒng)存儲(chǔ)器先進(jìn)技術(shù)均掌握在美國(guó),、韓國(guó)和日本手中,，中國(guó)在最新產(chǎn)品性能上落后5-10年。三星,、海力士和美光壟斷了以DRAM為代表的易失性存儲(chǔ)器市場(chǎng),，而以NAND為代表的非易失性存儲(chǔ)器也被三星、鎧俠,、閃迪,、美光和海力士壟斷。

　　而在ReRAM等新型存儲(chǔ)器的發(fā)展上,，中國(guó)與其他國(guó)家站在同一起跑線,，都有機(jī)會(huì)出現(xiàn)下一個(gè)三星和海力士。

　　在這中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)突圍的關(guān)鍵時(shí)期,，一系列相關(guān)政策陸續(xù)出臺(tái),，重點(diǎn)支持存儲(chǔ)行業(yè)。

　　國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要中,，在加強(qiáng)原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)方面,，“先進(jìn)存儲(chǔ)技術(shù)升級(jí)”被列入“科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)”重點(diǎn)領(lǐng)域；在加快推動(dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化方面,，《綱要》提到,，培育壯大人工智能、大數(shù)據(jù),、區(qū)塊鏈,、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全等新興數(shù)字產(chǎn)業(yè),，提升通信設(shè)備,、核心電子元器件、關(guān)鍵軟件等產(chǎn)業(yè)水平,。

　　圖11：“十四五”規(guī)劃綱要

　　專欄2 科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)

　　2021年3月,，臨港新片區(qū)發(fā)布集成電路產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)規(guī)劃（2021-2025），提到要“在阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）等新興領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)增量發(fā)展”,。

　　圖12：節(jié)選自

　　《臨港新片區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)規(guī)劃（2021-2025）》

　　目前,，很多曾在世界頂尖企業(yè)擔(dān)任高管的產(chǎn)業(yè)專家紛紛回國(guó)創(chuàng)業(yè)，不僅帶來(lái)了先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，也吸引了一批有志之士共同打造中國(guó)芯,。天時(shí)地利人和之下,，中國(guó)新型存儲(chǔ)器未來(lái)可期！