在我國西部,，一座座數(shù)據(jù)中心正在拔地而起,，為全國輸送著源源不斷的算力,。

但數(shù)據(jù)計(jì)算往往伴隨著巨大的功耗,，因此發(fā)展數(shù)據(jù)中心和實(shí)現(xiàn)［雙碳］目標(biāo)之間存在著巨大的矛盾,。

在后摩爾時(shí)代，單純通過工藝制程的提升降低芯片功耗的路徑也日漸捉襟見肘,，已經(jīng)接近摩爾定律的物理極限,。

但隨著基于ReRAM的全數(shù)字存算一體架構(gòu)大算力、低功耗,、易部署芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,，這一難題似乎有了新的解決思路。

基于憶阻器ReRAM技術(shù)的計(jì)算單元可以通過阻值器件的存儲(chǔ)記憶特性,，利用基礎(chǔ)物理定律和原理完成海量的AI計(jì)算,；

通過存算一體的架構(gòu)，可以節(jié)省把數(shù)據(jù)從內(nèi)存單元逐層搬遷到計(jì)算單元的環(huán)節(jié),，從而得以節(jié)省因?yàn)閿?shù)據(jù)搬遷而產(chǎn)生的大量衍生成本,。

這此類方式也符合國家對(duì)于碳中和,、碳達(dá)峰的技術(shù)發(fā)展路線，改變了傳統(tǒng)AI運(yùn)算數(shù)據(jù)量需要帶來巨大能耗的現(xiàn)狀,。

新型存儲(chǔ)器對(duì)比中ReRAM的優(yōu)勢

目前,，新型存儲(chǔ)器主要有4種：相變存儲(chǔ)器（PCM），鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）,，磁性存儲(chǔ)器（MRAM）,，阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）。

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,。

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

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。

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,。

ReRAM國內(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展ReRAM的研究和生產(chǎn),。

在代工廠方面,，中芯國際,、臺(tái)積電和聯(lián)電都已經(jīng)將ReRAM納入自己未來的發(fā)展版圖中。

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M(jìn)行ReRAM技術(shù)的商業(yè)化,，但目前還無量產(chǎn)消息,。

ReRAM迎來四大發(fā)展機(jī)遇

①物聯(lián)網(wǎng)：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,，也需要高讀寫和低延遲,。目前的NOR Flash存儲(chǔ)密度低、容量小,、功耗高,，無法實(shí)現(xiàn)高寫入速度。

而ReRAM在保證讀性能的情況下,，寫入速度可提升1000倍,，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)密度和十分低的功耗，未來將會(huì)是取代NOR Flash成為萬物智聯(lián)時(shí)代存儲(chǔ)器的最佳選擇,。

②智能汽車：未來單車存儲(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。

新型存儲(chǔ)器中,，ReRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲(chǔ)密度的要求,，同時(shí)延遲可降低1000倍，可滿足未來智能駕駛高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量,。

③數(shù)據(jù)中心：ReRAM相較NAND可提升100倍的讀寫性能,，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,。

國產(chǎn)存儲(chǔ)器有望彎道超車

新型存儲(chǔ)器的核心，是在其開發(fā)中需要在傳統(tǒng)CMOS工藝?yán)镌黾右恍┨厥獾牟牧匣蚬に?，這些特殊材料或工藝的開發(fā)則需要經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)及測試驗(yàn)證,。

傳統(tǒng)CMOS代工廠或因囿于資源所限，迭代速度較慢,，從而影響工藝開發(fā)進(jìn)度,，而國內(nèi)各大科研院所雖可在實(shí)驗(yàn)室階段加快迭代速度，但沒有標(biāo)準(zhǔn)的12寸量產(chǎn)產(chǎn)線,，實(shí)驗(yàn)成果往往很難走向量產(chǎn),。

昕原自行搭建的28／22nm ReRAM（阻變存儲(chǔ)器）12寸中試生產(chǎn)線就解決了上述問題。

汲取了代工廠和實(shí)驗(yàn)室的長處,，迭代速度快,， 產(chǎn)線靈活，擁有自主可控的知識(shí)產(chǎn)權(quán),，使得ReRAM相關(guān)產(chǎn)品的快速實(shí)現(xiàn)變成了可能,。

結(jié)尾：

目前的ReRAM器件還未成熟，它還面臨三個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：①基于高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的讀出電路,；

②器件的非理想性,，包括受單元間變化的器件的影響；③ReRAM設(shè)備中非線性的以及不對(duì)稱電導(dǎo)更新后會(huì)嚴(yán)重降低訓(xùn)練的準(zhǔn)確度,。

部分資料參考：36氪：《ReRAM「存算一體」應(yīng)用于AI大算力的新思路》,，云岫資本：《ReRAM新型存儲(chǔ)器如何影響未來存儲(chǔ)格局？》