2023全球闪存峰会热门话题之存储新器件

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NVIDIAV100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norflash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3DXpoint，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2023全球闪存峰会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！