當下，新型存儲技術越來越受到業(yè)界的矚目，這一次ReRAM成為熒幕主角。市場最新動態(tài)：知名互聯(lián)網(wǎng)科技公司字節(jié)跳動悄然布局新型存儲技術ReRAM。


字節(jié)跳動入股昕原半導體

據(jù)天眼查信息，近日，昕原半導體（上海）有限公司發(fā)生工商變更，股東新增PICOHEART(SG)PTE.LTD.，后者持股約9.51%，成為第三大股東。同時該公司注冊資本增加4.64%。

據(jù)了解，PICOHEART(SG)PTE.LTD.是字節(jié)跳動不久前于新加坡成立的新公司。此次投資，字節(jié)跳動間接持股9.51%，成為昕原半導體的第三大股東。另據(jù)媒體近日報道，字節(jié)跳動發(fā)言人證實了這一投資，并表示這是為了幫助推進該公司虛擬現(xiàn)實頭顯設備的開發(fā)。

工商信息顯示，昕原半導體（上海）有限公司成立于2019年10月，法定代表人為XIANG ZHANG，注冊資本約3346.96萬人民幣，經(jīng)營范圍含集成電路芯片設計及服務、電子元器件制造、計算機軟硬件及輔助設備零售等。

據(jù)官網(wǎng)介紹，被投資方昕原半導體成立于2019年，專注于ReRAM新型存儲技術及相關芯片產(chǎn)品的研發(fā)，涵蓋高性能工控/車規(guī)SoC/ASIC芯片、存算一體（Computing in Memory, CIM）IP及芯片、系統(tǒng)級存儲（System-on-Memory, SoM）芯片三大應用領域。

昕原半導體掌握一體化閉環(huán)技術能力，覆蓋器件材料、工藝制程、芯片設計、IP設計和中試量產(chǎn)等諸多環(huán)節(jié)。由昕原自主建設的中國大陸首條先進制程 ReRAM 12寸中試后道生產(chǎn)線已順利通線。另外，該公司“昕·山文” 系列ReRAM安全存儲產(chǎn)品，率先實現(xiàn)了先進制程 ReRAM在工業(yè)自動化控制領域的商用量產(chǎn)。


“潛力股”ReRAM：可提供高密度非易失性存儲和高效存內計算

ReRAM多用于類腦計算，甚至成為了類腦計算的代名詞。密歇根大學教授Wei D.Lu稱，因為ReRAM可以自己執(zhí)行學習和推理功能，所以ReRAM陣列應用在存內計算架構時很有潛力。ReRAM還支持雙向數(shù)據(jù)流，而更大的神經(jīng)網(wǎng)絡使用具有平鋪MPU架構的模塊化系統(tǒng)來提高吞吐量。

美國密歇根大學至少十年前就已經(jīng)開始開發(fā)ReRAM原型了。該大學電氣工程和計算機科學系教授Wei D.Lu說道，ReRAM具有提供高密度非易失性存儲以及高效存內計算的潛力，而且支持ReRAM的加速器能夠突破馮·諾伊曼計算架構的瓶頸。教授Wei D.Lu在IEDM發(fā)言時概述了一些器件，講了通過并行計算來處理大的AI模型，還談到了邊緣計算應用程序的功率、延遲和成本問題。ReRAM還能支持雙向數(shù)據(jù)流，有更好促進存內計算的潛力。

ReRAM是以非導性材料的電阻在外加電場作用下，在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實現(xiàn)可逆轉換為基礎的非易失性存儲器，該技術具備一般小于100ns的高速度、耐久性強、多位存儲能力的特點。

ReRAM被分為許多不同的技術類別，包括氧空缺存儲器 (OxRAM，Oxygen Vacancy Memories)、導電橋存儲器 (CBRAM，Conductive Bridge Memories)、金屬離子存儲器 (MeRAM，Metal Ion Memories)、憶阻器 (Memristors)、以及納米碳管 (CaRAM，Carbon Nano-tubes)，代表公司有美國Crossbar、松下和昕原半導體。

ReRAM由于存儲介質中的導電通道具有隨機性，在二進制存儲中難以保證大規(guī)模陣列的均一性。所以，業(yè)界普遍認為，ReRAM能夠充分滿足神經(jīng)形態(tài)計算和邊緣計算等應用對能耗、性能和存儲密度的要求，預期將在AIoT、智能汽車、數(shù)據(jù)中心、AI計算等領域獲得廣泛的運用，被認為是實現(xiàn)存算一體的最佳選擇之一。

在新興的存儲技術中，ReRAM技術更適合在存儲單元中采用多級存儲，有利于降低存儲器計算的能耗、提高成本效益，近年來臺積電，Crossbar、英特爾、富士通、三星、UMC、Adesto等國際廠商已對該技術進行重點布局。


多點開花的ReRAM應用領域

ReRAM的優(yōu)越性能也讓其應用也十分廣泛。


AIoT：效能與安全是要義

AIoT主要由微型設備組成，供電能力弱且需要數(shù)據(jù)實時交互，因此不僅要求存儲器件低功耗，也需要高速度和低延遲。ReRAM在讀寫速度和功耗幾倍到幾百倍的提升，并可實現(xiàn)更高的存儲密度。

AIoT的數(shù)據(jù)要求具備基本的信息安全和隱私保護能力。一些廠商的ReRAM都帶有PUF密鑰，每顆存儲芯片都擁有唯一信任根和唯一主動標識ID，結合通用密碼算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的防復制和防篡改能力。


人工智能：亟需打破存儲墻

人工智能不斷發(fā)展，對存儲和計算提出了更高的要求。目前計算機還是依然延續(xù)馮·諾依曼結構，存儲單元和計算單元獨立分開，

現(xiàn)有馮·諾伊曼計算系統(tǒng)采用存儲和運算分離的架構，存在“存儲墻”與“功耗墻”瓶頸，嚴重制約系統(tǒng)算力和能效的提升。“能效比低”已經(jīng)成為人工智能芯片的瓶頸問題。

ReRAM可以直接在芯片上集成處理邏輯，從而實現(xiàn)全新的以內存為中心的SoC架構。ReRAM的優(yōu)越特性有助于解決這些算法所需的性能和能源挑戰(zhàn)。通過減少存儲和計算之間的性能差距。


數(shù)據(jù)中心：高速計算提出更高要求

DRAM讀寫速度很快，但是無法下電保存數(shù)據(jù)，NAND密度高，可以下電保存數(shù)據(jù)，但是讀寫速度延遲高。高速計算、5G、萬物互聯(lián)等應用場景正在推動數(shù)據(jù)中心、智能終端的高速增長和轉型，對數(shù)據(jù)中心和智能終端提出了性能的更高要求。

通過利用ReRAM密度高、能耗低、讀寫速度快及可下電數(shù)據(jù)保存的特點，能幫助用戶大幅提升數(shù)據(jù)中心性能，降低能耗，達到運營成本的大幅降低。

國內外廠商的ReRAM布局

ReRAM相比MRAM和PRAM，研究要稍晚。2000年，夏普購買了美國休斯敦大學的相關專利后，才引起學術界和業(yè)界的研究。由于ReRAM獨特的優(yōu)勢，主流存儲器廠商也紛紛投入力量，開始對ReRAM的研究。ReRAM也已經(jīng)由實驗室階段進入到企業(yè)的研發(fā)階段。

松下在2013年開始出貨ReRAM，成為了世界第一家出貨ReRAM的公司。

2016年11月，富士通半導體開始銷售其與Panasonic共同開發(fā)的4兆字節(jié)（MB）ReRAM芯片。今年4月，富士通推出12Mbit ReRAM MB85AS12MT，這是富士通ReRAM產(chǎn)品系列中密度最大的產(chǎn)品。

ReRAM技術的領導者Crossbar成立于2010年。Crossbar將其技術作為現(xiàn)成的或定制的IP內核授權給SoC和內存公司。Crossbar也在積極發(fā)展其生態(tài)系統(tǒng)硬件和軟件合作伙伴。2021年7月，Crossbar它宣布將其ReRAM設備用于PUF應用。

Intrinsic是倫敦大學學院的一家衍生公司，旨在將新型憶阻ReRAM器件商業(yè)化。今年2月份，Intrinsic及其合作伙伴imec已將Intrinsic的ReRAM技術擴展到50nm。

今年3月，Weebit宣布，借助CEA-Leti，將其ReRAM技術縮小到22nm。兩家公司正在設計一個完整的IP內存模塊，該模塊集成了一個針對先進的22nmFD-SOI工藝的多兆位ReRAM塊。Weebit也正在迅速加快其開發(fā)計劃。

實質上，除去專門研究生產(chǎn)ReRAM的存儲廠商，還有一些存儲廠商采取的是兩邊下注的策略。因為他們要確保一旦DRAM和NAND不能再滿足市場發(fā)展需求，必須有一些研究成果可以取而代之。

2016年，西部數(shù)據(jù)就宣布將在即將推出的專用SSD中使用3D ReRAM，以取代NAND閃存。

國內在ReRAM領域的研究也有了一些成果。

今年2月16日，由昕原半導體主導建設的大陸首條28/22nm ReRAM 12寸中試生產(chǎn)線順利完成了自主研發(fā)設備的裝機驗收工作，實現(xiàn)了中試線工藝流程的通線，并成功流片。

實際上，昕原半導體專注于ReRAM領域，是一家集核心技術、工藝制程、芯片設計、IP授權和生產(chǎn)服務于一體的新型IDM公司。該公司的核心產(chǎn)品覆蓋高工藝嵌入式存儲、高密度非易失性存儲、存內計算及存內搜索等多個領域。

除了IDM廠商外，代工廠商也積極發(fā)展先進技術以配合ReRAM的發(fā)展與生產(chǎn)。

2016年，中芯國際與Crossbar簽訂一份代工協(xié)議，基于中芯國際40納米CMOS制造工藝，為Crossbar生產(chǎn)ReRAM。2017年，中芯國際正式出樣40nm工藝的ReRAM芯片。

2021年，臺積電40nmReRAM進入量產(chǎn)，28nm和22nmReRAM準備量產(chǎn)。

ReRAM未來前景光明，近幾年，也是ReRAM發(fā)展最關鍵的時期。在新興的存儲技術中，ReRAM技術對于降低存儲器計算的能耗、提高成本效益至關重要，因而極具發(fā)展前景。然而，要想把握這些機會，真正成為DRAM和NAND的繼任者，ReRAM還有很長的路要走。