RRAM：走向新型嵌入式存儲之路

物聯網（IoT）的出現和人類生活對智能裝置永不滿足的需求正驅動着傳統智慧在微控制器和嵌入式記憶體市場的徹底變革。

随着電子裝置智能化程度的提高，軟體編碼增大，需要加快處理速度才能處理通信協定、身份驗證、資訊生成和曆史積壓資料。我們行業逐漸開始認識到這樣一個現實 - 目前的記憶體技術無法滿足新一代編碼存儲容量和性能需求，同時嵌入式軟體編碼也随之快速增加，由過去的幾個千位元組到現在的數個兆位元組。

據Web-Feet Research等分析公司預測，到2018年，消費類電子裝置的嵌入式記憶體市場将突破28.8億美元，現在是我們為這一問題想出解決方案的時候了。如果傳統記憶體技術無法滿足未來需求，那麼哪種技術能夠滿足？随着閃存在消費類電子産品設計中無處不在的應用，是否可以考慮替代現有的過時技術？

記憶體困局

在設計新微控制器或系統晶片時，設計人員必須考慮嵌入式記憶體容量群組織結構，在做出架構決策時還要考慮內建。但是，下一代系統架構師還必須重新尋找嵌入式記憶體塊與邏輯處理器內建的方式。

如果我們審視一下目前的閃存技術，資訊存儲是基于電荷密度。丢失幾個電子可能造成嚴重的可靠度問題，當達到25nm以下時，閃存技術将遭受耐久性、保留度和可靠度的嚴重衰退。

為了克服閃存技術固有的耐久性、保留度和可靠度問題，目前的資料存儲系統使用了可管理複雜架構與算法的高端記憶體控制器晶片，如糾錯碼和DSP算法、耗損平衡、壞塊管理、資料複制、邏輯到實體映射、垃圾收集和DRAM緩沖。盡管需要有這些替代辦法來支援閃存技術，但這些複雜的技術在嵌入式系統架構中轉換并不容易。是以，現在迫切需要可有效替代閃存的新嵌入式記憶體技術。

嵌入式記憶體技術電阻式RAM

幸運的是，能夠克服嵌入式閃存技術自身局限又具有成本優勢、低功耗、高性能和小足迹的新型記憶體技術已經出現。其中最具前景的就是電阻式RAM（RRAM）技術。

典型的RRAM裝置由兩個金屬電極夾一個薄介電層組成，其中介電層作為離子傳輸和存儲媒體。選用不同的材料，實際機制會有顯著差别，但所有RRAM裝置間的共同連接配接是電場或是熱源，它們引起存儲媒體離子運動和局部結構變化，反過來又造成裝置電阻的顯著變化。

我們Crossbar 公司團隊開發的一種RRAM采用了常用的非晶膜（如非晶矽（a-Si））作為形成絲狀體的基質材料。電阻接通過程中形成的導電“絲狀體”由離散的金屬顆粒組成，而不是連續的金屬絲刷。這些特性使其具有多種性能優勢，有望消除閃存面臨的諸多問題。

非晶矽與閃存不同，可成功縮小至5nm，而且性能更佳。非晶矽RRAM與傳統的RAM也不同，它的足迹減小，因而成本更經濟。RRAM模糊了不同記憶體類型之間的界限，進而簡化了記憶體子系統的架構和分層，實作了成本更低、足迹更小、密度更高、速度更快的記憶體。

　　圖1：Crossbar的內建裝置RRAM産品

在CMOS（互補金屬物半導體）基礎上，RRAM記憶體可與具體的邏輯功能緊密內建，例如與安全加密算法內建，用于智能卡或生物計量應用。這種內建實作了大資料分析使用的高性能、大規模并行計算處理系統，将迎來記憶體與邏輯系統混合架構的新時代。

在3D架構中，RRAM各分層還可以彼此疊加，進而可以小足迹實作大記憶體容量。借助具體的架構技術，RRAM可以層疊在CMOS邏輯閘上，進而産生超密邏輯+記憶體系統的解決方案、

RRAM技術具有消費類電子産品、家用電器、無線傳感器網絡和一次性電子産品所需的成本競争優勢。而且，其經過提升的讀寫性能和高能效還有望應用于移動裝置和可穿戴電子裝置上。

随着RRAM成為主流，我們将看到由大容量嵌入式記憶體支援的高智能化系統解決方案，以及可在聯網裝置間實作新型應用的高效率微控制器。RRAM是未來的發展趨勢，也是将最終讓備受推崇的物聯網成為現實的力量之一。

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本文轉自d1net（轉載）