下一代通用內存會是ULTRARAM嗎？

快速、非易失性、高耐久和低邏輯狀態(tài)開關能耗，這些特質全部匯聚在一個通用內存上過去被認為是不可能實現的，因為它們所需的物理特性是相悖的。傳統(tǒng)意義上來說，快速、高耐久的內存往往配以脆弱易丟失的邏輯狀態(tài)，甚至需要不斷刷新，比如我們的DRAM動態(tài)隨機存取存儲器。而非易失性的邏輯狀態(tài)往往又需要大量能耗來完成開關，久而久之就會慢慢破壞存儲器的結構，降低其耐用性，比如我們的Flash閃存。

即便如此，對于全能通用內存的追求一直沒有停歇，近年來也涌現了不少創(chuàng)新技術，比如電阻式的ReRAM、磁性的MRAM或是相變的PCM等等。這些內存技術同樣獲得了驚人的進展，或多或少都進入了商業(yè)化的階段，比如三星最近就宣布首次實現了基于MRAM的存內計算，未來很可能在AI和可穿戴設備上得到普及。但這些技術雖然解決了易失性的問題，邏輯狀態(tài)穩(wěn)定性和開關能耗的問題依舊未能獲得改善。

而近日一種名為ULTRARAM的技術進入了我們的視野，并宣稱有希望成為下一代通用內存。

ULTRARAM

這里的ULTRARAM可不是賽靈思UltraScale+ FPGA中的SRAM Ultraram，而是英國蘭卡斯特大學研究人員提出的一種全新的通用內存?zhèn)溥x技術。ULTRARAM同樣是一種非易失性的內存技術，通過三重勢壘的諧振隧穿異質結構，最終實現電子在浮柵的快速和超低能耗存儲。而蘭卡斯特大學的研究人員已經完成了該技術在硅基底上的實現，這也是走向大規(guī)模量產的重要成果。

ULTRARAM的異質結構 / 先進電子材料

ULTRARAM的異質結構主要基于III-V族化合物，利用砷化銦的量子阱和銻化鋁的勢壘，創(chuàng)造出了一個三重勢壘的諧振隧穿（TBRT）結構。相對于組成浮柵的砷化銦來說，銻化鋁2.1 eV的導帶偏移為電子通過提供的勢壘與閃存中二氧化硅電介質相當。只需施加2.5V左右的低電壓，勢壘就會對電子呈現透明的狀態(tài)。加上極小的電容，ULTRARAM單位面積的開關能量損耗相較DRAM和閃存分別減少了100和1000倍。

除此之外，高耐久性也是ULTRARAM的另一大優(yōu)勢。通過對設備的進一步測試，蘭卡斯特大學的研究人員得出了喜人的結果，數據保存壽命可達1000年，程序/擦除周期可達1000萬次，這兩項數據相較Flash閃存來說又是百倍以上的提升。

其實早在2016年，歐洲就投了一百萬歐元用于銻化物在數據存儲應用上的研究，并開展了為期三年的研究，由四大歐洲學府參與研究，其中之一正是英國蘭卡斯特大學。如今ULTRARAM也終于有了成為通用內存?zhèn)溥x技術的巨大突破，那么它有沒有機會成功替代傳統(tǒng)的內存和存儲呢？我們不妨看看業(yè)內做的其他嘗試再下定論。

非易失性內存的嘗試

相信大家或多或少都聽過英特爾的傲騰持久內存，憑借極高的性能，傲騰收獲了一批企業(yè)用戶。盡管傲騰給出的愿景很美好，但從事實角度來看，在英特爾去年第三季度的財報中，傲騰業(yè)務在2020年的前九個月中虧損了4.73億美元，而同樣布局3D XPoint的美光也在去年上半年停止了開發(fā)。

傲騰H20混合式固態(tài)盤 / 英特爾

這一切都說明傲騰的市場反響并不好，主要原因就是它的成本和擴展性。與NAND等競品相比，傲騰從價格/容量上來看實在是一個昂貴的選擇，英特爾寧愿放棄NAND業(yè)務，也要維持住虧損的傲騰一是因為體量大能夠承受這樣的損失，二是他們看好傲騰在智能NIC和DPU上的潛力。不過既然英特爾放棄了傲騰在桌面PC上的方案，也就稱不上所謂的“通用”內存了。

MRAM / Everspin

此外就是我們在上文提到的MRAM，其實三星在MRAM上的突破或多或少也緩解了傳統(tǒng)存儲介質在能耗上的問題，但MRAM歸根結底也沒有解決容量的問題，無法作為真正意義上的通用內存方案。就拿專注于MRAM的Everspin來說，他們的MRAM方案雖然做到了GB級，但主要也是面向IoT、汽車等對容量沒有過大需求的市場。

小結

說到這里，想必大家也都知道了這類非易失性內存想要成功所需的最終并不是性能，而是成本、量產難度和擴展性。ULTRARAM目前還是停留在研究階段，最終能否從一眾備選技術中殺出重圍，還是先看量產制造上會不會遇到阻礙吧。