近日，浙江大學信息與電子工程學院和硅材料國家重點實驗室傳來了喜報！他們研發出了一種低成本、低功耗的新型存儲器。這項基于可工業化生產的半導體集成電路制造工藝的工作，或將大幅提高數據交換速度，為降低網絡芯片制造成本提供解決方案。同時，還可為數據“打上”標簽，為未來物聯網社會增添更多想象。

存儲器，顧名思義就是存儲信息的器件，內容尋址存儲器是其中特殊的一種。早期的芯片中，當輸入一個網絡地址時，需要通過大量搜索找到對應的接口，方可進行數據訪問。這一系列“小蝌蚪找媽媽”式的匹配過程中，效率是很低的；而內容尋址存儲器就像讓存儲在其中的大量被尋找的“青蛙媽媽”喊出名字，實現快速的搜索與配對。

如何讓尋找這一過程的效率更高、時間更短，這是科學家們聚焦的重要問題。

“騰出”大量空間的記憶二極管

目前被廣泛研究的憶阻器就類似于U盤，能保存較長時間，但問題在于普通的憶阻器數據輸入輸出不分端口，所以常常信號之間會發生干擾，阻礙正常工作。如何讓電流像河流一樣單向流動而不互相打架干擾呢？研究人員從生物的神經突觸中尋找到靈感，希望將同樣具有單向傳遞特性的二極管與存儲器進行結合。

憶阻器

那么問題又來了，如何才能將這兩種東西完美結合呢？課題組通過大量實驗，鍺這一半導體材料從茫茫材料中脫穎而出！他們利用鍺獨特的表面性質，在鍺表面生長憶阻器材料，形成一種新的器件，研究人員稱之為“記憶二極管”。

項目負責人趙毅說：“我們團隊研發的這個新器件，將原來需要一個電路才能做到的工藝，用一個器件就能實現其功能。使用面積縮小幾十分之一。”

可不要小看這一個改變，在我們常使用的手機等小型化電子設備中，這樣的縮小可以為其他功能的實現“騰出”大量空間。說不定以后就在這些騰出的空間上發展出我們意想不到的手機功能呢！

提高上網速度，給數據“打標簽”

記憶二極管實現了多和小，那速度問題還沒有解決呢？

在比較擁擠的商場和火車站里，你是不是常常只能眼睜睜地看著手機信號從4G變成2G，卻束手無策呢？從IP地址上著手，業界已提出將傳統的兩個維度開展一對一搜索和比對的“二態對比”升級為通過三個維度增強對比覆蓋率的“三態對比”，理論上可以加快數據流通速度，實現整體上網速度的加快。

這種加速或許對例如一個區域內只有一兩臺手機上網這樣的情況無法體現得那么明顯，但當人口稠密時，其優勢就可以得到顯現。但是在硬件實現上，利用現有存儲器技術，在芯片面積方面都仍是瓶頸。趙毅介紹，“利用我們提出的這種‘記憶二極管’可以很容易實現三態存儲和對比。 ”

TCAM（三態內容尋址存儲器）的工作原理示意圖：查找數據并行輸入存儲器內部后與存儲數據進行同時匹配，并輸出匹配結果。其中，相比于傳統的由10個晶體管構成的基于SRAM的核心單元，本研究中的核心單元只由兩個簡單的記憶二極管構成。

IP地址實際上就是一種標簽，讓某個數據通過識別標簽精確地傳遞到某處，但是，將如此大量的地址每個都打上標簽，要求的成本太高啦。研制出的記憶二極管陣列構成的三態尋址存儲器就可以輕松完成這一點，完全不用考慮成本。通過對數據“打標簽”，或將讓搜索變得更為便捷，大大提高了對“大數據”的處理能力。

較為簡單的構造，大大降低的生產成本再配上憶阻器低能耗、可以長時間保存的特性，巨大的優勢讓科學家對他們研制的新器件在未來的應用展開了無限的設想。

具體研究結果將在6月份的國際超大規模集成電路峰會（2018 Symposia on VLSI Technology and Circuits）上發表。該會議為集成電路領域的頂級國際會議，在國際集成電路學術界以及工業界均享有很高的學術地位和廣泛影響。這也是浙大學者首次在Symposia on VLSI Technology and Circuits上發表論文。

該研究受到國家重點研發計劃與國家自然科學基金的支持。