中国芯量产前夕，新式存储器大举杀入，是否出现“取代”效应？

一支蛰伏近 20 年的新式存储器技术队伍包括 MRAM 、PCRAM 和 ReRAM，受惠技术、材料、设备等环节的关键突破，正迈向大规模量产的路上，眼前，我们正处于见证存储器历史的转折点。

然而，这个时间点，也是国内存储器芯片突破“零”自制，迈向大规模生产的前夕，新式存储技术对于传统存储器 DRAM 、 3D NAND 、 SRAM 会带来怎样的冲击？是否会形成“取代”效应？

英特尔 3D XPoint 横空出世，产业再燃希望

新式存储器可分为独立型产品，以及嵌入于逻辑工艺，用于取代部分传统的嵌入式快闪存储器 eFlash 技术，而在嵌入式技术上，趋势已快速成熟中。但用于独立型存储器上，目前还有性能、成本的问题待克服。

因此，新式存储器无论是 MRAM 、PCRAM 和 ReRAM 等，并不会冲击到现在国内正如火如荼发展的 DRAM 、3D NAND 芯片产业，但对于一些应用领域如云计算、物联网带动的边缘计算，加入新式存储器技术后，确实能让整个产业的发展如虎添翼。

图 | 3D XPoint（来源：英特尔）

新式存储器技术已经被提出将近 20 年，成熟之路是跌跌撞撞。直到 2015 年，英特尔的 3D XPoint 技术横空出世，被认为是类似于 PCRAM 的结构，整个新式存储技术才算是豁然开朗，之后几年的发展更是势如破竹。

为了替新式存储器产业添柴火，身为全球半导体龙头的应用材料针对 MRAM 、 PCRAM 、ReRAM 推出两款机台设备：Endura Clover MRAM 物理气相沉积（PVD）机台，以及 Endura Impulse 物理气相沉积（PVD）机台，成为推动该产业发展的有力推手。

摩尔定律渐失效，新式存储器接棒上战场
1965 年问世的摩尔定律至今已超过 50 年，为全球电子产业写下无数里程碑历史，但走到今天，很多物联网、云计算所需要的芯片，已是摩尔定律所无法提供的。

在“万物互联”和“工业 4.0 ”时代背景下，数据呈现爆炸式的增长。举个例子，我们一个人一天约产生 1GB 数据，但是当你要开一辆无人驾驶汽车，一天产生的数据量可能高达 4000 GB ，相当于 4 千倍。

2019 年是很关键的一年，机器产生的数据已经超过了人类所产生的数据，这是人类历史上第一次；预计到 2022 年，机器产生的数据可能会是人类产生数据的9倍之多。

（来源：Pixabay）

未来世界运算的逻辑是，数据来自机器的搜集，包括车、智慧城市、智能家居等，所有产生的数据都要从终端、从边缘，通过各层传输、计算，然后再到云端、到大数据中心，再计算、再返回到终端。

在这短短的时间内，排山倒海的数据量涌入后，又要源源不绝地被计算、处理，以及再传输，是非常挑战芯片效能的，且现有的计算架构早已无法满足核心需求。

过去“摩尔定律”的时代，追求把晶体管做得越来越小，目标是每 18 个月～两年晶体管数增加一倍，但随着该定律的效应递减，从 14 nm 纳米到 10 nm 纳米，可能要花上 4 年时间，从 10 nm 再往下走到 7 nm 、5 nm，则需要更长的时间。因此，越来越多人争论摩尔定律是否寿命已经到了尽头？

（来源：DeepTech）

In-Memory Computating 概念火起来

大数据时代，彰显巨大运算需求的重要性，同时也带动硬件的开发和投资的复兴。
未来也逐渐与新式存储器 MRAM、ReRAM、PCRAM 结合来增加计算性能，并且打造“存储器计算”（In-Memory Computating）的基础。

往后看 10 ~ 20 年，类脑计算、量子计算都可以实现上述目标，但这些技术太过远大，如果要尽快实现 In-Memory Computating 的目标，至少在 5 年之内，新式存储器将扮演很重要角色。

新式存储器的原理和应用领域

 PCRAM （相变随机存取存储器），以及 ReRAM 是叫电阻随机存取存储器，比 MRAM 更有吸引力之处在于，这两种新式存储技术可以跟 NAND 一样，实现 3D 三维的架构。

3D 架构的好处就是可以一直堆叠，每加一层时，存储器的密度就可以增加一倍，再者，成本也可以下降，这样的特性可以做到大容量、低成本，因此用在云计算、大数据中心是非常有吸引力的。

可以说，新式存储器的应用范围很广，但若把其效益发挥至最大值，先锁定两大应用：物联网、云计算和大数据中心。
要如何做到用新型的存储器来提高性能？

方法一，是把 DRAM 部分取代掉，因为从功耗角度， DRAM 有功耗到问题。再者，PCRAM、ReRAM可以做 3D 架构后，在成本上具备优势。

方法二，是把 SSD 部分取代。SSD 的优势是便宜，受惠 3D NAND 堆叠技术成熟，现在 128 层堆叠都要量产， 3D NAND 成本越来越低，但弱点却是性能。

如果用 PCRAM、ReRAM 取代部分 DRAM，一来同样可以实现 3D 架构，二来性能要比 SSD 好很多。

（来源：Applied Materials ）

设备技术突破，规模化时代终于来临

针对大规模生产新式存储器，设备大厂的材料工程突破是关键。

以大趋势观之，新式存储器的大规模量产会从嵌入式开始。迎接“数据爆炸”时代，芯片急需高计算性能，偏偏遇上摩尔定律放缓的时代，而类脑芯片、量子计算距离实现又太远，新式存储技术在磨刀多年后，遇上设备材料实现突破，正好可以赶上万物互连、海量数据计算的时代，上战场打仗。

新式存储器大规模量产之际，正好遇上国内的 3D NAND 和 DRAM 两种传统存储器要加入国际竞争舞台一搏高下之时。虽然彼此应用领域、层面相异，但凑巧地，新旧技术同样走在历史转折的一页，互相见证全球科技产业铺成的轨迹。（摘自：DeepTech深科技）