電子發燒友網報道(文/李彎彎)在當今科技飛速發展的時代,存儲技術作為信息社會的基石,不斷推動著各個領域的創新與變革。其中,ReRAM(阻變存儲器,即電阻式隨機存取存儲器)以其獨特的性能和巨大的潛力,逐漸成為存儲領域和人工智能(AI)領域的焦點。
ReRAM是一種非易失性存儲器,由富士通率先研制成功。它基于憶阻器原理,采用金屬 - 介質層 - 金屬(MIM)的三層結構,通過電阻狀態的變化來存儲數據。這種存儲器巧妙地結合了動態隨機存儲器(DRAM)的高速讀寫能力和固態硬盤(SSD)的非易失性,即便在斷電的情況下,依然能夠完整保留數據。同時,ReRAM還具備低功耗以及兼容CMOS工藝的特性,這使得它在眾多存儲技術中脫穎而出。
ReRAM的技術研發歷程充滿了創新與突破。2013年,松下全球首發ReRAM產品,開啟了這一技術商業化的大門。隨后,富士通與松下于2016年聯合開發出4MB芯片,進一步推動了ReRAM的發展。到了2022年,12Mbit容量產品MB85AS12MT的問世,標志著ReRAM技術又邁上了一個新臺階。在國際市場上,惠普、Elpida、索尼、美光、海力士等主流企業紛紛布局ReRAM的商業化應用。國內方面,昕原半導體建成了28nm ReRAM中試線,中芯國際與Crossbar合作生產40nm芯片,展現出中國在ReRAM領域的積極追趕態勢。
ReRAM的讀寫速度顯著高于NAND Flash,功耗卻大幅降低。這一特性使其在物聯網、自動駕駛、PC及存算一體架構等領域具有廣闊的應用前景。它能夠有效減少數據載入延遲,改善傳統計算架構的瓶頸問題。例如,富士通通過堆疊技術擴展容量,計劃研發新一代產品;盛視科技的NAO機器人也采用ReRAM技術實現了存算一體架構,提升了機器人的性能和效率。
為什么ReRAM適合AI
ReRAM(阻變隨機存取存儲器)十分適合AI應用,有幾個方面的原因:一是天生適配“存算一體”架構。ReRAM采用“金屬 - 絕緣體 - 金屬”夾層結構,簡單易集成。計算時,它能借助歐姆定律和基爾霍夫定律,直接在存儲數據處進行計算,無需在處理器和內存間頻繁搬運數據,在存儲陣列內就能完成乘積累加(MAC)運算,有效減少了數據搬運帶來的能耗和延遲,解決了傳統芯片在AI計算中面臨的“存儲墻”與“功耗墻”難題。
二是超高能效比與低功耗。對于邊緣端智能穿戴設備、機器人等AI設備,省電是關鍵。ReRAM作為非易失性存儲器,斷電數據不丟失,無需像DRAM那樣不斷刷新來維持數據,省去了大量待機功耗。而且,其讀寫功耗遠低于NAND Flash等傳統存儲器,非常適合電池供電的AIoT設備,能顯著延長設備續航時間。
三是高密度與可擴展性。ReRAM單元尺寸小、結構簡單,易于堆疊,可實現高存儲密度。在AI大模型發展迅速、需要存儲海量參數(權重)的當下,ReRAM的高密度特性使其能在單顆芯片上集成更大存儲容量,滿足大模型對算力密度的要求,為大模型訓練和推理提供有力支撐。
四是高精度與數字化潛力。早期存算一體芯片多采用模擬方案,精度低且易受噪聲干擾。基于ReRAM的全數字化存算一體方案解決了這些問題,能避免模擬電路噪聲,實現與傳統數字芯片相當的高精度計算,且不受工藝環境波動影響,結果可靠穩定,對云端AI訓練和推理意義重大。
ReRAM領域的企業格局
ReRAM領域企業格局呈現出國際老牌巨頭引領、國內商業化領軍者崛起、戰略投資者與生態構建者助力的態勢。
國際老牌巨頭是技術奠基者,擁有深厚技術積累與強大專利壁壘。富士通堪稱ReRAM領域“鼻祖”,2013年就推出產品,其川崎實驗室是重要技術發源地,一直致力于將該技術應用于工業、汽車電子等領域,還計劃用堆疊技術擴展容量。松下也是早期入局者,2013年全球首發ReRAM產品,2016年與富士通聯合開發芯片。美國的Crossbar Inc.是專注ReRAM技術許可的獨角獸公司,與中芯國際合作,2018年宣布在40nm工藝上實現量產,是推動ReRAM商業化的重要IP供應商。
國內商業化領軍者表現活躍,尤其在“存算一體”和“嵌入式存儲”領域。昕原半導體是國內ReRAM商業化“領頭羊”,是國內唯一實現28nm/22nm先進制程ReRAM量產的公司,備受資本青睞,股東涵蓋字節跳動、阿里巴巴、云鋒基金、沙特阿美等,產品已在工控、高性能MCU領域商用。燕芯微是產學研結合代表,源于北京大學集成電路學院實驗室,擁有全套自主知識產權的ReRAM技術體系,專注嵌入式閃存替代和存算一體芯片,致力于解決MCU/SOC性能瓶頸。億鑄科技是AI算力領域有力競爭者,專注基于ReRAM存算一體的大算力AI芯片,被視為解決AI算力瓶頸的潛在獨角獸。
戰略投資者與生態構建者通過投資和生態合作推動ReRAM應用。字節跳動和阿里巴巴入股昕原半導體,推進在VR頭顯、AI大模型加速等領域技術儲備。中芯國際與Crossbar合作,為ReRAM國產化制造提供關鍵工藝平臺支持,促進其在國內發展。
總結
ReRAM作為一種具有創新性和前瞻性的存儲技術,憑借其適合“存算一體”架構、超高能效比與低功耗、高密度與可擴展性以及高精度與數字化潛力等優勢,成為AI時代的潛力股。隨著工藝的不斷成熟,預計將會逐步實現商用落地,在云端數據中心、自動駕駛和智能機器人等領域發揮核心作用。未來,ReRAM有望為AI技術的發展帶來新的突破和變革,推動科技邁向一個新的高度。
ReRAM是一種非易失性存儲器,由富士通率先研制成功。它基于憶阻器原理,采用金屬 - 介質層 - 金屬(MIM)的三層結構,通過電阻狀態的變化來存儲數據。這種存儲器巧妙地結合了動態隨機存儲器(DRAM)的高速讀寫能力和固態硬盤(SSD)的非易失性,即便在斷電的情況下,依然能夠完整保留數據。同時,ReRAM還具備低功耗以及兼容CMOS工藝的特性,這使得它在眾多存儲技術中脫穎而出。
ReRAM的技術研發歷程充滿了創新與突破。2013年,松下全球首發ReRAM產品,開啟了這一技術商業化的大門。隨后,富士通與松下于2016年聯合開發出4MB芯片,進一步推動了ReRAM的發展。到了2022年,12Mbit容量產品MB85AS12MT的問世,標志著ReRAM技術又邁上了一個新臺階。在國際市場上,惠普、Elpida、索尼、美光、海力士等主流企業紛紛布局ReRAM的商業化應用。國內方面,昕原半導體建成了28nm ReRAM中試線,中芯國際與Crossbar合作生產40nm芯片,展現出中國在ReRAM領域的積極追趕態勢。
ReRAM的讀寫速度顯著高于NAND Flash,功耗卻大幅降低。這一特性使其在物聯網、自動駕駛、PC及存算一體架構等領域具有廣闊的應用前景。它能夠有效減少數據載入延遲,改善傳統計算架構的瓶頸問題。例如,富士通通過堆疊技術擴展容量,計劃研發新一代產品;盛視科技的NAO機器人也采用ReRAM技術實現了存算一體架構,提升了機器人的性能和效率。
為什么ReRAM適合AI
ReRAM(阻變隨機存取存儲器)十分適合AI應用,有幾個方面的原因:一是天生適配“存算一體”架構。ReRAM采用“金屬 - 絕緣體 - 金屬”夾層結構,簡單易集成。計算時,它能借助歐姆定律和基爾霍夫定律,直接在存儲數據處進行計算,無需在處理器和內存間頻繁搬運數據,在存儲陣列內就能完成乘積累加(MAC)運算,有效減少了數據搬運帶來的能耗和延遲,解決了傳統芯片在AI計算中面臨的“存儲墻”與“功耗墻”難題。
二是超高能效比與低功耗。對于邊緣端智能穿戴設備、機器人等AI設備,省電是關鍵。ReRAM作為非易失性存儲器,斷電數據不丟失,無需像DRAM那樣不斷刷新來維持數據,省去了大量待機功耗。而且,其讀寫功耗遠低于NAND Flash等傳統存儲器,非常適合電池供電的AIoT設備,能顯著延長設備續航時間。
三是高密度與可擴展性。ReRAM單元尺寸小、結構簡單,易于堆疊,可實現高存儲密度。在AI大模型發展迅速、需要存儲海量參數(權重)的當下,ReRAM的高密度特性使其能在單顆芯片上集成更大存儲容量,滿足大模型對算力密度的要求,為大模型訓練和推理提供有力支撐。
四是高精度與數字化潛力。早期存算一體芯片多采用模擬方案,精度低且易受噪聲干擾。基于ReRAM的全數字化存算一體方案解決了這些問題,能避免模擬電路噪聲,實現與傳統數字芯片相當的高精度計算,且不受工藝環境波動影響,結果可靠穩定,對云端AI訓練和推理意義重大。
ReRAM領域的企業格局
ReRAM領域企業格局呈現出國際老牌巨頭引領、國內商業化領軍者崛起、戰略投資者與生態構建者助力的態勢。
國際老牌巨頭是技術奠基者,擁有深厚技術積累與強大專利壁壘。富士通堪稱ReRAM領域“鼻祖”,2013年就推出產品,其川崎實驗室是重要技術發源地,一直致力于將該技術應用于工業、汽車電子等領域,還計劃用堆疊技術擴展容量。松下也是早期入局者,2013年全球首發ReRAM產品,2016年與富士通聯合開發芯片。美國的Crossbar Inc.是專注ReRAM技術許可的獨角獸公司,與中芯國際合作,2018年宣布在40nm工藝上實現量產,是推動ReRAM商業化的重要IP供應商。
國內商業化領軍者表現活躍,尤其在“存算一體”和“嵌入式存儲”領域。昕原半導體是國內ReRAM商業化“領頭羊”,是國內唯一實現28nm/22nm先進制程ReRAM量產的公司,備受資本青睞,股東涵蓋字節跳動、阿里巴巴、云鋒基金、沙特阿美等,產品已在工控、高性能MCU領域商用。燕芯微是產學研結合代表,源于北京大學集成電路學院實驗室,擁有全套自主知識產權的ReRAM技術體系,專注嵌入式閃存替代和存算一體芯片,致力于解決MCU/SOC性能瓶頸。億鑄科技是AI算力領域有力競爭者,專注基于ReRAM存算一體的大算力AI芯片,被視為解決AI算力瓶頸的潛在獨角獸。
戰略投資者與生態構建者通過投資和生態合作推動ReRAM應用。字節跳動和阿里巴巴入股昕原半導體,推進在VR頭顯、AI大模型加速等領域技術儲備。中芯國際與Crossbar合作,為ReRAM國產化制造提供關鍵工藝平臺支持,促進其在國內發展。
總結
ReRAM作為一種具有創新性和前瞻性的存儲技術,憑借其適合“存算一體”架構、超高能效比與低功耗、高密度與可擴展性以及高精度與數字化潛力等優勢,成為AI時代的潛力股。隨著工藝的不斷成熟,預計將會逐步實現商用落地,在云端數據中心、自動駕駛和智能機器人等領域發揮核心作用。未來,ReRAM有望為AI技術的發展帶來新的突破和變革,推動科技邁向一個新的高度。
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