物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的出現(xiàn)和人類生活對智能設備永不滿足的需求正驅動著傳統(tǒng)智慧在微控制器和嵌入式內存市場的徹底變革。

隨著電子設備智能化程度的提高，軟件編碼增大，需要加快處理速度才能處理通信協(xié)議、身份驗證、信息生成和歷史積壓數(shù)據(jù)。我們行業(yè)逐漸開始認識到這樣一個現(xiàn)實 - 當前的內存技術無法滿足新一代編碼存儲容量和性能需求，同時嵌入式軟件編碼也隨之快速增加，由過去的幾個千字節(jié)到現(xiàn)在的數(shù)個兆字節(jié)。

據(jù)Web-Feet Research等分析公司預測，到2018年，消費類電子設備的嵌入式內存市場將突破28.8億美元，現(xiàn)在是我們?yōu)檫@一問題想出解決方案的時候了。如果傳統(tǒng)內存技術無法滿足未來需求，那么哪種技術能夠滿足?隨著閃存在消費類電子產品設計中無處不在的應用，是否可以考慮替代現(xiàn)有的過時技術?

內存困局

在設計新微控制器或系統(tǒng)芯片時，設計人員必須考慮嵌入式內存容量和組織結構，在做出架構決策時還要考慮集成。但是，下一代系統(tǒng)架構師還必須重新尋找嵌入式內存塊與邏輯處理器集成的方式。

如果我們審視一下當前的閃存技術，信息存儲是基于電荷密度。丟失幾個電子可能造成嚴重的可靠度問題，當達到25nm以下時，閃存技術將遭受耐久性、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，目前的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)使用了可管理復雜架構與算法的高端內存控制器芯片，如糾錯碼和DSP算法、耗損平衡、壞塊管理、數(shù)據(jù)復制、邏輯到物理映射、垃圾收集和DRAM緩沖。盡管需要有這些替代辦法來支持閃存技術，但這些復雜的技術在嵌入式系統(tǒng)架構中轉換并不容易。因此，現(xiàn)在迫切需要可有效替代閃存的新嵌入式內存技術。

嵌入式內存技術電阻式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(yōu)勢、低功耗、高性能和小足跡的新型內存技術已經(jīng)出現(xiàn)。其中最具前景的就是電阻式RAM(RRAM)技術。

典型的RRAM設備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介質。選用不同的材料，實際機制會有顯著差別，但所有RRAM設備間的共同連接是電場或是熱源，它們引起存儲介質離子運動和局部結構變化，反過來又造成設備電阻的顯著變化。

我們Crossbar 公司團隊開發(fā)的一種RRAM采用了常用的非晶膜(如非晶硅(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(xù)的金屬絲刷。這些特性使其具有多種性能優(yōu)勢，有望消除閃存面臨的諸多問題。

非晶硅與閃存不同，可成功縮小至5nm，而且性能更佳。非晶硅RRAM與傳統(tǒng)的RAM也不同，它的足跡減小，因而成本更經(jīng)濟。RRAM模糊了不同內存類型之間的界限，從而簡化了內存子系統(tǒng)的架構和分層，實現(xiàn)了成本更低、足跡更小、密度更高、速度更快的內存。

在CMOS(互補金屬物半導體)基礎上，RRAM內存可與具體的邏輯功能緊密集成，例如與安全加密算法集成，用于智能卡或生物計量應用。這種集成實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)分析使用的高性能、大規(guī)模并行計算處理系統(tǒng)，將迎來內存與邏輯系統(tǒng)混合架構的新時代。

在3D架構中，RRAM各分層還可以彼此疊加，從而可以小足跡實現(xiàn)大內存容量。借助具體的架構技術，RRAM可以層疊在CMOS邏輯閘上，從而產生超密邏輯+內存系統(tǒng)的解決方案、

RRAM技術具有消費類電子產品、家用電器、無線傳感器網(wǎng)絡和一次性電子產品所需的成本競爭優(yōu)勢。而且，其經(jīng)過提升的讀寫性能和高能效還有望應用于移動設備和可穿戴電子設備上。

隨著RRAM成為主流，我們將看到由大容量嵌入式內存支持的高智能化系統(tǒng)解決方案，以及可在聯(lián)網(wǎng)設備間實現(xiàn)新型應用的高效率微控制器。RRAM是未來的發(fā)展趨勢，也是將最終讓備受推崇的物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實的力量之一。