作為中國本土半導(dǎo)體制造的龍頭企業(yè)，中芯國際（SMIC）的新聞及其取得的成績一直是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。2017新年伊始，其一如既往地吸引著人們的眼球。前幾天，該公司宣布正式出樣采用40nm工藝的ReRAM（非易失性阻變式存儲(chǔ)器）芯片，并稱更先進(jìn)的28nm工藝版很快也會(huì)到來。

目前，在ROM存儲(chǔ)領(lǐng)域，NAND閃存無疑是絕對的主流，保守點(diǎn)說，3、5年內(nèi)它都會(huì)是電子設(shè)備存儲(chǔ)芯片的主流選擇，但研究人員早就開始探索新一代非易失性存儲(chǔ)芯片了，Intel與美光聯(lián)合研發(fā)的3D XPoint，是基于PCM相變存儲(chǔ)技術(shù)，也被稱為是新一代存儲(chǔ)芯片，而ReRAM更是頗具代表性的新型非易失性存儲(chǔ)器。

ReRAM為何物

雖然ReRAM的名字中帶RAM，但其實(shí)是像NAND閃存那樣用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的ROM，只不過它的性能更強(qiáng)，據(jù)說，其密度比DRAM內(nèi)存高40倍，讀取速度快100倍，寫入速度快1000倍。ReRAM單芯片（200mm2左右）即可實(shí)現(xiàn)TB級存儲(chǔ)，還具備結(jié)構(gòu)簡單、易于制造等優(yōu)點(diǎn)。

ReRAM基于憶阻器原理，將DRAM的讀寫速度與SSD的非易失性結(jié)合于一身。換句話說，關(guān)閉電源后存儲(chǔ)器仍能記住數(shù)據(jù)。如果ReRAM有足夠大的空間，一臺(tái)配備ReRAM的PC將不需要載入時(shí)間。

ReRAM的優(yōu)勢

與NAND閃存相比，ReRAM具備諸多優(yōu)點(diǎn)，具體如下：

速度：ReRAM寫速度更快，以納秒為單位而不是毫秒，這使它更適應(yīng)于高性能應(yīng)用。

功率：研究人員已經(jīng)證明，微安培寫入功率并期望很快將進(jìn)一步降低到納安范圍，這使得ReRAM比NAND閃存能效更高。

耐用性：最常見的MLC閃存只能處理10000次寫操作，而ReRAM卻可以處理數(shù)百萬個(gè)。

ReRAM應(yīng)如何定位

在可預(yù)見的未來，NAND閃存將保留在成本和密度上的優(yōu)勢,這意味著它仍將在未來幾十年存活下去。那么ReRAM在存儲(chǔ)應(yīng)用中要如何定位呢？

數(shù)據(jù)完整性：關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用更喜歡ReRAM，而且關(guān)鍵是買得起；

性能：固態(tài)硬盤這種高速存儲(chǔ)介質(zhì)消除了復(fù)雜性并提高了性能；

移動(dòng)性：網(wǎng)絡(luò)寬帶和內(nèi)存容量之間進(jìn)行著一場永無止境的拉鋸戰(zhàn)，在這種情況下，消費(fèi)者可能會(huì)喜歡上他們移動(dòng)設(shè)備的大容量存儲(chǔ)。如果是這樣, ReRAM節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)將在高端產(chǎn)品有所體現(xiàn)。

群雄逐鹿ReRAM

目前，致力于商業(yè)化ReRAM的企業(yè)包括東芝、Elpida、索尼、松下、美光、海力士、富士通、Crossbar等。

東芝憑借其類似于今天1.5萬轉(zhuǎn)硬盤的固態(tài)硬盤，開始涉足這些高端市場。這可能不是一個(gè)巨大的市場，但是其高利潤率還是值得一試的。

其他廠商，包括松下、美光和三星，也正在致力于ReRAM的研發(fā)。

其實(shí)，美光早在2007年就提出了這種技術(shù)，此后幾乎每年都會(huì)透露一些進(jìn)展，但就是距離量產(chǎn)遙遙無期。

圖：設(shè)計(jì)指標(biāo)與內(nèi)核局部照片

美光是和索尼聯(lián)合研發(fā)ReRAM的，其基本原理和Crossbar RRAM有些類似，同樣是非易失性存儲(chǔ)，但是更強(qiáng)調(diào)電阻可變，同時(shí)為了區(qū)分，縮寫也有所不同。

美光曾經(jīng)表示，理想的指標(biāo)是讀寫帶寬1000MB/s、200MB/s，讀寫延遲2微秒、10微秒，而目前的原型可以發(fā)揮大約九成的功力。

圖：內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)示意圖

中芯國際聯(lián)手Crossbar

此次，中芯國際推出的ReRAM樣片，其直接客戶就是Crossbar，該公司資料顯示，Crossbar技術(shù)首先由中國出生的盧偉（Dr. Wei D. Lu）博士研發(fā)，他也是Crossbar的首席科學(xué)家和聯(lián)合創(chuàng)始人。盧博士擁有中國清華大學(xué)物理學(xué)士學(xué)位，以及德克薩斯州萊斯大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。盧博士在ReRAM領(lǐng)域積累了十二年的研究經(jīng)驗(yàn)，他先作為哈佛大學(xué)的博士后研究員，然后被任命為密歇根大學(xué)教授從事這項(xiàng)研究。他是納米結(jié)構(gòu)和設(shè)備行業(yè)的領(lǐng)先專家，包括基于雙端電阻開關(guān)設(shè)備的高密度內(nèi)存和邏輯系統(tǒng)、神經(jīng)元電路、半導(dǎo)體納米線設(shè)備和低維系統(tǒng)中的電子輸運(yùn)。

2016年，Crossbar獲得了8000萬美元的風(fēng)投，其中中國公司也參與了，而Crossbar去年3月份也宣布進(jìn)軍中國市場，他們的合作伙伴就是中芯國際，將基于后者的40nm CMOS試產(chǎn)ReRAM芯片。根據(jù)該公司副總裁Sylvain Dubois所說，2016年內(nèi)中芯國際已經(jīng)開始給客戶出樣40nm工藝的ReRAM芯片，實(shí)現(xiàn)了該公司之前2016年內(nèi)推出ReRAM的承諾。

此外，更先進(jìn)的28nm工藝版ReRAM芯片也將在2017年上半年問世，不過Sylvain Dubois未透露是否還是由SMIC生產(chǎn)，或是交給其他代工廠。

當(dāng)ReRAM遇上人工智能

包括臉書、亞馬遜、微軟、谷歌、阿里巴巴、騰訊、百度等，都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，包括人臉、位置、行為習(xí)慣、社交照片等。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)到來，而且正在指數(shù)級的增長；自動(dòng)駕駛汽車已經(jīng)進(jìn)入市場，云計(jì)算已經(jīng)無處不在。我們剛開始想象如何借助于這些創(chuàng)新來開創(chuàng)一個(gè)人工智能的新時(shí)代，創(chuàng)建新的商業(yè)模式、新的生產(chǎn)率典范和新的大眾娛樂方式，這些不僅對人類帶來意義深遠(yuǎn)的影響，而且也為通過數(shù)據(jù)盈利的創(chuàng)新者帶來巨大的財(cái)富。

收集與存儲(chǔ)這些“大”數(shù)據(jù)是當(dāng)務(wù)之急。但是，比數(shù)據(jù)有多“大”更為重要的是，如何驅(qū)動(dòng)下一波的創(chuàng)新。在人工智能競賽中的勝出者需要做四件事：1、訪問大量的數(shù)據(jù)；2、訪問正確的數(shù)據(jù)；3、把數(shù)據(jù)變?yōu)榫哂锌尚袆?dòng)性的洞察力的強(qiáng)大算法；4、超越競爭對手的速度和規(guī)模。今天，通過訓(xùn)練人工智能算法與創(chuàng)建新的應(yīng)用，數(shù)據(jù)有機(jī)會(huì)成為利潤中心。更多的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，就會(huì)讓人工智能算法更聰明。

應(yīng)用ReRAM這樣新的存儲(chǔ)技術(shù)，能夠發(fā)揮人工智能真實(shí)的潛能，實(shí)現(xiàn)速度、低功耗/高能效、存儲(chǔ)容量與可制造性的完美結(jié)合。

當(dāng)目標(biāo)從簡單的代碼行的抓取，轉(zhuǎn)變成對從外部傳感器獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、分析、執(zhí)行時(shí)，大數(shù)據(jù)到人工智能的根本轉(zhuǎn)變就來臨了。從傳感器來的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在芯片上，直接輸送給深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以便采取直接的行動(dòng)。非易失性的存儲(chǔ)技術(shù)，比如ReRAM存儲(chǔ)技術(shù)，通過低功耗、快速讀取、基于字節(jié)尋址的寫操作，來幫助應(yīng)對性能與功耗的挑戰(zhàn)。

ReRAM存儲(chǔ)技術(shù)能夠直接集成在芯片內(nèi)部，產(chǎn)生一個(gè)新的以存儲(chǔ)為中心的片上系統(tǒng)架構(gòu)。通過與處理器核集成在同一顆芯片中的片上系統(tǒng)方案，ReRAM充分地加速了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。ReRAM技術(shù)是一個(gè)重要的創(chuàng)新，它加速人工智能的潛能，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，加速性能，極大地提高能效，實(shí)現(xiàn)更高級的安全性，減少芯片的數(shù)量和芯片的面積。

高性能計(jì)算，比如人工智能，需要在處理器、存儲(chǔ)與輸入輸出之間進(jìn)行高帶寬、低時(shí)延的數(shù)據(jù)訪問。ReRAM存儲(chǔ)技術(shù)通過減少計(jì)算與存儲(chǔ)之間的性能差距，可顯著提升高性能計(jì)算應(yīng)用的性能。