在我國西部，一座座數(shù)據(jù)中心正在拔地而起，為全國輸送著源源不斷的算力。
但數(shù)據(jù)計算往往伴隨著巨大的功耗，因此發(fā)展數(shù)據(jù)中心和實現(xiàn)［雙碳］目標(biāo)之間存在著巨大的矛盾。
在后摩爾時代，單純通過工藝制程的提升降低芯片功耗的路徑也日漸捉襟見肘，已經(jīng)接近摩爾定律的物理極限。
但隨著基于ReRAM的全數(shù)字存算一體架構(gòu)大算力、低功耗、易部署芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，這一難題似乎有了新的解決思路。
基于憶阻器ReRAM技術(shù)的計算單元可以通過阻值器件的存儲記憶特性，利用基礎(chǔ)物理定律和原理完成海量的AI計算；
通過存算一體的架構(gòu)，可以節(jié)省把數(shù)據(jù)從內(nèi)存單元逐層搬遷到計算單元的環(huán)節(jié)，從而得以節(jié)省因為數(shù)據(jù)搬遷而產(chǎn)生的大量衍生成本。
這此類方式也符合國家對于碳中和、碳達峰的技術(shù)發(fā)展路線，改變了傳統(tǒng)AI運算數(shù)據(jù)量需要帶來巨大能耗的現(xiàn)狀。
新型存儲器對比中ReRAM的優(yōu)勢
目前，新型存儲器主要有4種：相變存儲器（PCM），鐵電存儲器（FeRAM），磁性存儲器（MRAM），阻變存儲器（ReRAM）。
對比四種新型存儲器，ReRAM在密度、工藝制程、成本和良率上具備明顯優(yōu)勢。
ReRAM的單元面積極小，可做到4F?，讀寫速度是NAND FLASH的1000倍，同時功耗下降15倍。
以Crossbar和昕原半導(dǎo)體為例，其采用對CMOS友善的材料，能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝與設(shè)備，對產(chǎn)線無污染，整體制造成本低。
可以很容易地讓半導(dǎo)體代工廠具備ReRAM的生產(chǎn)制造能力，這對于量產(chǎn)和商業(yè)化推動有很大優(yōu)勢。
從密度、能效比、成本、工藝制程和良率各方面綜合衡量，ReRAM存儲器在目前已有的新型存儲器中具備明顯優(yōu)勢。
ReRAM國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
在商業(yè)化上，Crossbar、昕原半導(dǎo)體、松下、Adesto、Elpida、東芝、索尼、美光、海力士、富士通等廠商都在開展ReRAM的研究和生產(chǎn)。
在代工廠方面，中芯國際、臺積電和聯(lián)電都已經(jīng)將ReRAM納入自己未來的發(fā)展版圖中。
已量產(chǎn)的海外ReRAM存儲器主要有Adesto的130nm CBRAM和松下的180nm ReRAM。
松下（Panasonic）在2013年開始出貨ReRAM，成為了世界第一家出貨ReRAM的公司。
接著，松下與富士通聯(lián)合推出了第二代ReRAM技術(shù)，基于180nm工藝。
而Adesto 一直在緩慢地出貨低密度 CBRAM。
國內(nèi)，昕原半導(dǎo)體在Crossbar的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了技術(shù)核心升級和工藝制程的改進，實現(xiàn)28nm量產(chǎn)，并且已建成自己的首條量產(chǎn)線，擁有了垂直一體化存儲器設(shè)計加制造的能力。
兆易創(chuàng)新和Rambus宣布合作建立合資企業(yè)合肥睿科微，進行ReRAM技術(shù)的商業(yè)化，但目前還無量產(chǎn)消息。
ReRAM迎來四大發(fā)展機遇
①物聯(lián)網(wǎng)：AIoT需要數(shù)據(jù)的實時交互，因此不僅要求存儲器低功耗，也需要高讀寫和低延遲。目前的NOR Flash存儲密度低、容量小、功耗高，無法實現(xiàn)高寫入速度。
而ReRAM在保證讀性能的情況下，寫入速度可提升1000倍，同時可實現(xiàn)更高存儲密度和十分低的功耗，未來將會是取代NOR Flash成為萬物智聯(lián)時代存儲器的最佳選擇。
②智能汽車：未來單車存儲容量將達到2TB－11TB，一輛L4／L5級自動駕駛汽車至少需要74GB DRAM和1TB NAND。
新型存儲器中，ReRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲密度的要求，同時延遲可降低1000倍，可滿足未來智能駕駛高實時數(shù)據(jù)吞吐量。
③數(shù)據(jù)中心：ReRAM相較NAND可提升100倍的讀寫性能，同時保持更低的功耗和高存儲密度，有望解決未來數(shù)據(jù)中心高能效比，低延遲的需求，實現(xiàn)更高性能的AI數(shù)據(jù)中心。
國產(chǎn)存儲器有望彎道超車
新型存儲器的核心，是在其開發(fā)中需要在傳統(tǒng)CMOS工藝里增加一些特殊的材料或工藝，這些特殊材料或工藝的開發(fā)則需要經(jīng)過大量實驗及測試驗證。
傳統(tǒng)CMOS代工廠或因囿于資源所限，迭代速度較慢，從而影響工藝開發(fā)進度，而國內(nèi)各大科研院所雖可在實驗室階段加快迭代速度，但沒有標(biāo)準(zhǔn)的12寸量產(chǎn)產(chǎn)線，實驗成果往往很難走向量產(chǎn)。
昕原自行搭建的28／22nm ReRAM（阻變存儲器）12寸中試生產(chǎn)線就解決了上述問題。
汲取了代工廠和實驗室的長處，迭代速度快， 產(chǎn)線靈活，擁有自主可控的知識產(chǎn)權(quán)，使得ReRAM相關(guān)產(chǎn)品的快速實現(xiàn)變成了可能。
結(jié)尾：
目前的ReRAM器件還未成熟，它還面臨三個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：①基于高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的讀出電路；
②器件的非理想性，包括受單元間變化的器件的影響；③ReRAM設(shè)備中非線性的以及不對稱電導(dǎo)更新后會嚴重降低訓(xùn)練的準(zhǔn)確度。
部分資料參考：36氪：《ReRAM「存算一體」應(yīng)用于AI大算力的新思路》，云岫資本：《ReRAM新型存儲器如何影響未來存儲格局？》
