ReRAM解決方案帶來了互連中的物聯(lián)網(wǎng)領域的偉大創(chuàng)新

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)通過廣泛的應用，如智能家庭，智能樓宇，智能工廠以及智慧城市，將所有的設備和人們彼此互聯(lián)互通，因而具備了驅(qū)動價值數(shù)萬億美金應用的巨大潛力。摩爾定律在開創(chuàng)更快速、更小巧、更低廉的設備方面仍然發(fā)揮著作用。其它先進技術，諸如可以將各種微小的傳感器和基于云端應用互聯(lián)的低功耗、低成本的通信系統(tǒng)，開創(chuàng)了從信息共享方式中收獲頗豐的新型商業(yè)模式。然而，這也面臨著諸多障礙。

克服下一代物聯(lián)網(wǎng)設備中的高能耗操作帶來的障礙

更多的互聯(lián)設備在每一秒中都創(chuàng)建了更多的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被存儲，被處理，被上傳，被共享。包括了溫度、壓力、方向、速度、重量、步伐、心跳、亮度等等大量的傳感器，將會產(chǎn)生潮水般的信息。這些信息等待著被傳送。物聯(lián)網(wǎng)設備的能耗預算極其有限。而不間斷的無線數(shù)據(jù)傳輸是一種高能耗的操作。它要消耗遠大于依賴電池供電應用系統(tǒng)所允許的能量。

下一代物聯(lián)網(wǎng)設備將會是低成本、高集成度的系統(tǒng)。這會需要具備更多功能的專用SoC。這其中絕大多數(shù)將會在單一電池供電甚或是從環(huán)境中供電的條件下，運行5到10年。這在諸如大面積部署于城市間的智能傳感器應用場景下的遠程應用中尤為關鍵。常規(guī)的電池充電幾乎沒有可能也不經(jīng)濟。

為了滿足能耗預算，必須采取一些節(jié)能策略。很多設備被設計成在絕大部分時間里是處在待機狀態(tài)或其它節(jié)能狀態(tài)。它們只在執(zhí)行某些必要功能時被激活。設計者不僅會尋求盡可能少量地發(fā)送數(shù)據(jù)，而且會盡量降低發(fā)送數(shù)據(jù)的頻次和持續(xù)時間來節(jié)省能耗。這些能耗預算的嚴格限制，需要系統(tǒng)中的存儲器能夠比今天的存儲器所能實現(xiàn)的功耗更低、集成度更高。而今天的存儲器技術功耗太高、速度太慢、不夠可靠也不易于制造。

物聯(lián)網(wǎng)設備需要創(chuàng)新型的、高能效的存儲器技術

創(chuàng)新型的存儲器技術將會幫助人們應對物聯(lián)網(wǎng)中最關鍵的能耗挑戰(zhàn)。更低的功耗和更低的操作電壓、單片集成技術、更快速的讀寫、非易失性以及更高的容量是存儲器技術助力物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)更高功效的所有途徑。通過設計，非易失性存儲器可以在電源完全關閉的狀態(tài)下，保存需要存儲的信息。

更強大、卻更低功耗的微處理器使通過對傳感器待發(fā)送的數(shù)據(jù)進行預處理來降低數(shù)據(jù)發(fā)送量成為可能。然而，高效率的處理能力要求有更大的本地存儲容量來存儲待處理的數(shù)據(jù)和要執(zhí)行的程序。為了降低數(shù)據(jù)發(fā)送的頻度，設計者將會最大限度地利用本地數(shù)據(jù)緩存，利用批量發(fā)送數(shù)據(jù)的方式從而大量的減少了數(shù)據(jù)發(fā)送的頻度。更快的讀寫使數(shù)據(jù)發(fā)送地更快，從而減少了每一次發(fā)送的持續(xù)時間，優(yōu)化了開/關的占空比。

因為缺少全球范圍認同的物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)標準，需要設備能夠支持多種標準的協(xié)議棧，從而需要更多的存儲器用來確保互操作性。今天的片上存儲器技術不能微縮到更加經(jīng)濟的工藝節(jié)點和實現(xiàn)更大的密度，因此SoC的設計者們被迫依賴于外部存儲芯片來滿足這些更多的存儲器需求。

ReRAM來拯救這一現(xiàn)狀

阻變隨機存儲器在創(chuàng)新型的、低能耗、更加微縮性、高容量、高性能以及高可靠性的存儲解決方案的開發(fā)競爭中被廣泛認為是最有前途的技術。典型的ReRAM存儲單元，在兩個金屬電極之間，像三明治結構那樣，部署使用了轉換介質(zhì)材料，從而使轉換介質(zhì)材料在加載特定的電壓條件下，表征為不同的電阻特性。依賴于所選取的不同轉換介質(zhì)材料和存儲單元的組織架構，所能獲取的性能差異是顯著的。

不同于閃存，ReRAM是可以比特/字節(jié)級尋址的，而且可以實現(xiàn)可獨立重寫的小頁面架構。片上存儲通過避免了閃存所必需的數(shù)據(jù)管理所帶來的大量的后臺存儲器訪問，從而極大地簡化了微控制器的復雜程度。它還可以使用更寬的存儲器總線，突破多個計算核和存儲之間的帶寬瓶頸。ReRAM在減小讀寫延遲、降低能耗和延長產(chǎn)品壽命等方面取得了顯著的優(yōu)勢。

在存儲單元層面，ReRAM提高了寫性能，降低了功耗；在系統(tǒng)層面，片上存儲器減少了相較于外部非易失性存儲器高達50倍的能耗。而且，更低的、更易預測的訪問延遲可以減少代碼提取和數(shù)據(jù)流的執(zhí)行時間，從而降低了能耗。

對各個組件進行不同的機械互連和為應對不同復雜度的各種方法會降低良品率并提高總的制造成本。而存儲器的單片集成不再需要這些機械互連和應對不同復雜度的方法。而且，ReRAM技術可以很容易地被集成到標準的CMOS邏輯電路中并且很容易地利用現(xiàn)有的CMOS代工廠進行制造。相較于藍牙低功耗BLE的無線發(fā)送能耗，更多的片上存儲可以使數(shù)據(jù)日志應用節(jié)省40倍的能耗。

ReRAM解決方案帶來了互連中的物聯(lián)網(wǎng)領域的偉大創(chuàng)新。能夠很容易地、大容量地與邏輯電路、模擬電路和RF組件集成于單個SoC中,并能夠在無須電池充電的條件下運行多年的低能耗、快速、非易失性大容量存儲器，也使得未來的智能設備在物聯(lián)網(wǎng)、消費類電子產(chǎn)品和工業(yè)應用實現(xiàn)縱橫跨越成為可能。