在我國(guó)西部，一座座數(shù)據(jù)中心正在拔地而起，為全國(guó)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(guò)工藝制程的提升降低芯片功耗的路徑也日漸捉襟見(jiàn)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(guò)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(guò)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(lèi)方式也符合國(guó)家對(duì)于碳中和、碳達(dá)峰的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)，改變了傳統(tǒng)AI運(yùn)算數(shù)據(jù)量需要帶來(lái)巨大能耗的現(xiàn)狀。
新型存儲(chǔ)器對(duì)比中ReRAM的優(yōu)勢(shì)
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(shì)。
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。
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(xiàn)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)。
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)。
在代工廠方面，中芯國(guó)際、臺(tái)積電和聯(lián)電都已經(jīng)將ReRAM納入自己未來(lái)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(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(xiàn)，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)合肥睿科微，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
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(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。
②智能汽車(chē)：未來(lái)單車(chē)存儲(chǔ)容量將達(dá)到2TB－11TB，一輛L4／L5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)至少需要74GB DRAM和1TB NAND。
新型存儲(chǔ)器中，ReRAM不僅滿(mǎn)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(mǎn)足未來(lái)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(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。
國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)器有望彎道超車(chē)
新型存儲(chǔ)器的核心，是在其開(kāi)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(kāi)發(fā)則需要經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)及測(cè)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(kāi)發(fā)進(jìn)度，而國(guó)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(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的12寸量產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)，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(xiàn)就解決了上述問(wèn)題。
汲取了代工廠和實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)處，迭代速度快， 產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)性的以及不對(duì)稱(chēng)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(lái)存儲(chǔ)格局？》
