在数据驱动的时代,存储技术发挥着越来越关键的作用。新型存储技术包括磁变存储器(mram)、阻变存储器(rram)以及铁电存储器(fram/feram)、相变存储器(pcm)等正在为未来数据存储提供新方向。
以下列出了当前值得关注的新型存储器件:
1. 磁阻存储器(mram)
mram是一种基于隧穿磁阻效应的技术,产品主要适用于容量要求低的特殊应用领域,如iot嵌入式存储领域,该技术拥有读写次数无限、写入速度快、功耗低、抗辐射和逻辑芯片整合度高的特点。当然mram还面临很多的挑战,比如真实器件材料体系复杂、开关比低,cmos工艺要完全匹配等。国内主要企业则包括海康驰拓、致真存储等专注mram的研发与应用。
华中科技大学计算机学院冯丹院长在去年8月的闪存峰会上也分享了对stt-mram的近似存储领域做的一些工作,里面还提到了stt-mram的gpu近似缓存架构。到今年aigc的新变革出现,gpu资源变得更加重要。冯丹院长在演讲中指出,由于gpu片上缓存的容量有限,如nvidia v100的gpu其末期缓存的容量仅为6mb,与服务器级别的cpu相比差距很大。
目前cpu的末期缓存容量可以达到256mb,有限的llc容量将会造成gpu中大量的片外缓存。但访问dram开销巨大,gpu中急需更大的片上缓存,以减少片外开销。而更大的stt-mram 二级缓存可以显著减少片外的缓存,它的高写延迟还不会明显地影响gpu的整体性能,并且整体能效优于sram。
mram主要应用场景具体分为:
1、 高速,高可靠性存储。主要参与企业包括国内驰拓科技,致真存储,美国公司everspin(其第三代产品以垂直磁化stt-mram为主)。
2、 scm低延迟硬盘服务器。主要参与企业为everspin和ibm。
3、 数据/code存储,充当nor flash的替代产品。
4、 还有就是嵌入式非易失性存储。用与mcu/soc和慢速sram,当前在做的有三星,台积电,驰拓科技也已经有客户进行了量产。
5、 缓存(esram),主要偏向sot-mram。
2. 阻变存储器(rram)
rram是以非导性材料的电阻在外加电场作用下,在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的非易失性存储器,技术具备一般小于100ns的高速度、低功耗、耐久性强、多位存储能力的特点。现在主要用于iot设备、神经网络和人工智能等领域。
在商业化方面,rram主要有两大应用方向——存储应用和存算应用。存储应用上,目前有英特尔、松下等大厂将rram用于mcu领域,存算一体化上,目前国内的亿铸科技正在尝试基于rram通过存算一体架构实现ai大算力芯片,并将其应用在中心侧与边缘侧的应用场景中。
3. 铁电存储器(feram)
fram技术是利用铁电晶体材料电压与电储。流关系具有滞后回路的特点来实现信息存储,铁电材料可同时用于电容器和cmos集成电路栅氧化层的数据存储。具有读写速度快、寿命长、功耗低、可靠性高的特点。
其写入次数高达1014次,数据保存能力可达10年。而且,feram的写入操作不需要擦除整个扇区,因此数据读写速度更快。它采用低工作电压,降低功耗,在移动设备等领域具有重要意义。feram还融合了rom和ram的特点,兼容所有功能。在计算机、航天航空、军工等领域有广阔的应用前景。目前商业化的主要挑战是缺少低成本与硅基cmos工艺集成的技术。
4、相变存储器(pcm)
pcm通过热能的转变,使相变材料在低电阻结晶(导电) 状态与高电阻非结晶(非导电)状态间转换,拥有寿命长、功耗低、密度高、抗辐照特性好、读写速度快的技术特点。主要是由英特尔和美光联合研发的3d xpoint,就是基于相变存储技术、速度介于ssd和内存之间,可以和dram并行使用,适用于规模型应用场景,但现在英特尔已经宣布不再继续投入傲腾技术,相变存储未来的大旗谁来抗,还要再观望。
2023全球闪存峰会新预告
随着aigc等智能技术的突飞猛进,对数据的算力、存力和运力的需求激增。对数据存储而言,新器件和新体系结构是提升存力的两大关键核心问题。
于是就有了上智能时代存储新器件与新架构论坛的出现,由中国计算机行业协会信息存储与安全专委会会长、华中科技大学武汉光电国家研究中心教授谢长生担任论坛出品人,将邀请海康全国实验室主任刘波教授、复旦大学微电子学院杰青刘琦教授、杭电特聘教授骆建军教授、清华杰青张广艳教授、华科海归学者周健博士等学术界从事前沿研究的学者,介绍存储器件及系统结构的最新进展,包括mram、rram和flash等器件及与新器件和异构算力相适应存储新架构,探索大幅提升存力的新途径。
2023年7月30日,坐标杭州,敬请期待智能时代存储新器件与新架构论坛!