讓存儲芯片容量提高1000倍，超級存儲技術(shù)要來了？

近日，韓國技術(shù)信息部宣布，該國UNIST 能源與化學(xué)工程學(xué)院李俊熙教授帶領(lǐng)的研究團隊，提出了一種新的物理現(xiàn)象，利用FRAM（鐵電體存儲器）技術(shù)，可以替代當(dāng)前主流的DRAM或NAND閃存，有望將指甲大小的存儲芯片存儲容量提高 1000 倍。

據(jù)李俊熙表示，F(xiàn)RAM技術(shù)是通過極化現(xiàn)象來存儲信息的，其中電偶極子（如鐵電內(nèi)部的 NS 磁場）被外部電場對準(zhǔn)。通過向鐵電體物質(zhì)氧化鉿（HfO2）中施加3－4V的電壓，可以讓原子之間的力量斷裂，每個原子都可以自由移動，從而可以控制四個單獨的原子來存儲1位數(shù)據(jù)。而現(xiàn)有的存儲技術(shù)研究顯示，最多只能在數(shù)千個原子的組中存儲1位數(shù)據(jù)。對比之下可發(fā)現(xiàn)，通過FRAM技術(shù)可以讓半導(dǎo)體存儲器存儲容量達到500 Tbit ／ cm2，是當(dāng)前可用閃存芯片的1000倍。理論上來說，還可將線幅縮小至0．5納米。

FRAM技術(shù)并不遙遠

2020年7月2日，《科學(xué)》雜志已經(jīng)刊載了這項革命性研究。

據(jù)李準(zhǔn)熙教授表示：“在原子中儲存信息的技術(shù)，在不分裂原子的情況下成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)終極儲存技術(shù)的幾率很高。”雖然還處在實驗室階段，但這項研究也普遍被業(yè)界看好，最大的原因在于FRAM是當(dāng)前已經(jīng)存在的半導(dǎo)體材料，被認(rèn)為商用化的可能性非常高。

那么FRAM到底是什么？資料顯示，F(xiàn)RAM是“baiferromagnetic random access memory”的英文縮寫，即“鐵電體隨機存取存儲器”。

FRAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的原理是利用鐵電晶體的鐵電效應(yīng)，“鐵電效應(yīng)”指，在鐵電晶體上施加一定的電場時，晶體中心原子在電場的作用下運動，并達到一種穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)電場從晶體移走后，中心原子會保持在原來的位置。

由于晶體的中間層是一個高能階，中心原子在沒有獲得外部能量時不能越過高能階到達另一穩(wěn)定位置，因此FRAM保持?jǐn)?shù)據(jù)不需要電壓，也不需要像DRAM一樣周期性刷新。此外，F(xiàn)RAM存儲器的一大優(yōu)勢在于其內(nèi)容不會受外界條件（比如磁場等因素）的影響，因為“鐵電效應(yīng)”是鐵電晶體固有的一種偏振極化特性，與電磁作用無關(guān)，因此FRAM存儲器也具有非易失性的存儲特性，同樣具有非易失性的存儲還包括：1、可編程只讀內(nèi)存PROM；2、電可擦可編程只讀內(nèi)存EEPROM；3、可擦可編程只讀內(nèi)存EPROM；4、電可改寫只讀內(nèi)存EAROM；5、閃存Flash memory。

圖片源自O(shè)Fweek維科網(wǎng)

超級存儲技術(shù)的未來應(yīng)用

隨著市場需求的增加，用戶也對企業(yè)級存儲系統(tǒng)的訪問性能、存儲協(xié)議、管理平臺、存儲介質(zhì)以及其他各種應(yīng)用配置提出了更高的要求。尤其是以云計算、大數(shù)據(jù)為主要業(yè)務(wù)的企業(yè)，在存儲芯片、設(shè)備、系統(tǒng)等方面迎來更多的選擇。

值此背景下，超級存儲技術(shù)應(yīng)運而生，區(qū)別于傳統(tǒng)的閃存或動態(tài)隨機存取存儲器，超級存儲技術(shù)更多的被用在移動計算、航天航空、軍事應(yīng)用、企業(yè)系統(tǒng)、汽車行業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)市場等。使用超級存儲技術(shù)的移動設(shè)備最普通的也有望達到T級別的數(shù)據(jù)容量，或許能容納數(shù)百部電影或數(shù)百萬首音樂。

當(dāng)然，超級存儲技術(shù)也并非只是簡單的數(shù)據(jù)擴容，還涉及到存儲和數(shù)據(jù)容災(zāi)、虛擬化、數(shù)據(jù)保護、數(shù)據(jù)安全（加密）、數(shù)據(jù)壓縮、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、自動精簡配置等功能特性，這些功能的完善和優(yōu)化都需要占用不少能耗資源，如何在滿足超大存儲的同時，實現(xiàn)低功耗、多功能等存儲產(chǎn)品研發(fā)，也是接下來存儲行業(yè)的重要發(fā)展方向。