ReRAM是中国存储器产业的机遇？

　　今年年初，专注于ReRAM技术的Crossbar公司宣布与中芯国际合作开发的40nm工艺的ReRAM(非易失性阻变式存储器)芯片正式出样。

　　目前，在ROM存储领域，NAND闪存无疑是绝对的主流。

　　保守点说，3、5年内它都会是电子设备存储芯片的主流选择，但研究人员早就开始探索新一代非易失性存储芯片了，Intel与美光联合研发的3D XPoint，是基于PCM相变存储技术，也被称为是新一代存储芯片，而ReRAM更是颇具代表性的新型非易失性存储器。

　　Crossbar半导体战略市场营销及业务拓展副总裁Sylvain Dubois

　　“ReRAM技术的原理与传统的Flash有很大的不同，这使得ReRAM能够实现非易失性的信息存储。”Crossbar半导体战略市场营销及业务拓展副总裁Sylvain Dubois在最近举行的2017中芯国际技术研讨会上接受采访时表示。

　　为什么这么说呢?这就不得不提到ReRAM的原理。

ReRAM是什么?

　　虽然ReRAM的名字中带RAM，但其实是像NAND闪存那样用作数据存储的ROM，只不过它的性能更强，据说，其密度比DRAM内存高40倍，读取速度快100倍，写入速度快1000倍。ReRAM单芯片(200mm2左右)即可实现TB级存储，还具备结构简单、易于制造等优点。

　　ReRAM基于忆阻器原理，将DRAM的读写速度与SSD的非易失性结合于一身。换句话说，关闭电源后存储器仍能记住数据。如果ReRAM有足够大的空间，一台配备ReRAM的PC将不需要载入时间。

　　为了实现非易失性的信息存储，ReRAM采用了与传统存储技术完全不同的原理。

　　具体来说就是“ReRAM技术利用了金属的电阻特性，通过在材料中形成导电细丝的方式，不断改变材质的复位，实现高阻和低阻两种状态，从而实现信息的存储。”Sylvain Dubois 表示。

　　而传统的Flash存储技术则是通过测量电子通过的数量，来判断存储的形态和信息，这样的存储技术会带来一个非常明显的问题。

　　Sylvain Dubois 解释道：“Flash存储技术随着工艺的演进会越来越困难。”

　　既然Flash存储技术需要测量电子的数量，那么虽然工艺的演进，存储介质中能够存储的电子的数量越来越少，即便电子体积很小，存储的数量也非常有限，更不要说去根据电子的数量来测量和判断存储的状态和信息了。在工艺逐渐发展的今天，自然而然的会遇到难以逾越的障碍。

初生牛犊不怕虎的Crossbar

　　而Crossbar又是如何克服这一困难的呢?

　　其实，Crossbar是一家成立时间并不长的初创公司，虽然与其他的存储器厂商相比体量很小，成立时间不长，但是其技术却不容小觑。

　　Crossbar技术首先由中国出生的卢伟(Dr. Wei D. Lu)博士研发，他也是Crossbar的首席科学家和联合创始人。

　　卢博士在RRAM领域积累了十二年的研究经验，他先作为哈佛大学的博士后研究员，然后被任命为密歇根大学教授从事这项研究。他是纳米结构和设备行业的领先专家，包括基于双端电阻开关设备的高密度内存和逻辑系统、神经元电路、半导体纳米线设备和低维系统中的电子输运。

　　据了解，Crossbar ReRAM技术，是基于采用对CMOS友善的材料及标准CMOS制程的简易两个终端设备结构所开发，能够轻易与CMOS逻辑电路进行整合，且能够以现有CMOS厂房生产，无需采特殊的设备或材料。

　　借助低温BEOL制程，可将多层ReRAM数组整合至CMOS晶圆之上，用以打造系统单芯片(SoC)及其他拥有大量3D单片内嵌式RRAM储存的芯片产品。因此相较于传统Flash内存，ReRAM具备节能、延长寿命及读写延迟等显著优势。

　　在程序化效能及功耗表现上，ReRAM每储存单位程序化能耗为64皮焦耳(pJ)，比传统NAND Flash表现好上2成以上。另外更低且更可预测的读写延迟，也有助借助缩短编码获取或数据串流的时间，达到减少能耗的效果。

　　其实，早在2014年12月，Corssbar就表示其已经解决了一项影响到单元内容可读性的电流路径难题。2015年9月，该公司在D轮融资中筹得3500万美元，主要用于该项技术的商业化。而2014年的C轮融资亦有2500万美元进账。

　　而现在，随着与中芯国际合作的不断深化，这一技术也已经成为可能。

　　Sylvain Dubois表示，大概会在明年上半年ReRAM能够实现大规模的量产。

ReRAM能否改变应用市场

　　从之前的描述中，我们不难看到，与NAND闪存相比，ReRAM具备诸多优点，具体如下：

　　首先，ReRAM写速度更快，以纳秒为单位而不是毫秒，这使它更适应于高性能应用。

　　其次，研究人员已经证明，微安培写入功率并期望很快将进一步降低到纳安范围，这使得ReRAM比NAND闪存能效更高。

　　第三，最常见的MLC闪存只能处理10000次写操作，而ReRAM却可以处理数百万个。

　　在可预见的未来，NAND闪存将保留在成本和密度上的优势，这意味着它仍将在未来几十年存活下去。那么ReRAM在存储应用中要如何定位呢?

　　以目前比较火热的人工智能为例：

　　在Sylvain Dubois 看来，应用ReRAM这样新的存储技术，能够发挥人工智能真实的潜能，实现速度、低功耗/高能效、存储容量与可制造性的完美结合。

　　在人工智能竞赛中的胜出者需要做四件事：1、访问大量的数据;2、访问正确的数据;3、把数据变为具有可行动性的洞察力的强大算法;4、超越竞争对手的速度和规模。今天，通过训练人工智能算法与创建新的应用，数据有机会成为利润中心。更多的数据训练，就会让人工智能算法更聪明。

　　而ReRAM存储技术能够直接集成在芯片内部，产生一个新的以存储为中心的片上系统架构。通过与处理器核集成在同一颗芯片中的片上系统方案，ReRAM充分地加速了深度神经网络算法。ReRAM技术是一个重要的创新，它加速人工智能的潜能，实现多种应用，加速性能，极大地提高能效，实现更高级的安全性，减少芯片的数量和芯片的面积。

　　高性能计算，比如人工智能，需要在处理器、存储与输入输出之间进行高带宽、低时延的数据访问。ReRAM存储技术通过减少计算与存储之间的性能差距，可显著提升高性能计算应用的性能。

ReRAM或许是中国存储的机遇

　　现在谁在ReRAM进入量产阶段，中国在这一新技术领或许能够实现中国存储器产业的发展机遇。

　　因为，首先中国作为最大的全球半导体消费市场，每年消耗的半导体材料数量难以想象，对于新技术的需求也十分强烈，同时中国的应用市场发展也远超世界其他国家，这些都刺激着中国市场急需新的技术来填充。

　　其次，目前中国在存储器产业方面依旧落后于其他国家，在旧的领域实现追赶很难，但是在新的技术上，各国都还处在同一个起跑线上，谁能够抓住未来的发展机遇，谁就能够把握住未来。

　　此外，发展ReRAM并不会延缓中国发展NAND等其他存储技术的步伐，因为在Sylvain Dubois看来，生产ReRAM并不需要Foundry厂商增加过多的额外投入，其主要步骤和技术都是通过后端工序来实现的，甚至于在工艺步骤方面，ReRAM只需要八步，比NAND和Flash都要简单。

　　可以说，这样的工艺优势不仅能够推动中国存储器的发展，也能够推动ReRAM技术的发展，可以说是双赢的!

　　“目前最大的问题就是如何说服厂商采用这一技术，我们将会采用IP授权的方式来吸引厂商。”Sylvain Dubois强调，“现在ReRAM已经实现了量产，在未来几年，我们将会逐渐替代现有的3D NAND技术，相信这一天并不会太远!”

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