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存儲器占整個半導(dǎo)體市場規(guī)模超 20%，具有極高的技術(shù)壁壘和資本壁壘，存儲器似乎是巨頭的一場游戲競技，三四個寡頭已壟斷全球 90%以上的市場。近幾年來，隨著移動智能終端快速滲透以及產(chǎn)品需求的高速增長，存儲器也從中受益。

如今，我國半導(dǎo)體的崛起押寶在存儲器上，這樣的做法的也是有先例可循的。日本、韓國都是從存儲器“起家”，日本半導(dǎo)體可謂成也 DRAM，敗也 DRAM；韓國窺見日本秘笈，成就存儲霸主。三星及海力士兩家壟斷的局面己經(jīng)持續(xù)多年，三星己連續(xù) 24 年稱霸全球。

DRAM 方面，三星、海力士及美光成最后的勝者；NAND 方面，三星、東芝 / 新帝、海力士以及美光 / 英特爾是最大的贏家。

如今在走在岔路口的東芝欲將最掙錢的存儲業(yè)務(wù)出售，存儲格局也將被改寫。

競爭如此激烈，各巨頭又是如何布局下一代存儲器技術(shù)的？

今天《趣科技》我們就來說說游戲升級，存儲巨頭將如何繼續(xù)下去。

存儲器是現(xiàn)代信息技術(shù)中用于保存信息的記憶設(shè)備。其覆蓋的范圍非常廣泛：在數(shù)字系統(tǒng)中，只要能保存二進制數(shù)據(jù)的都可以是存儲器；在集成電路中，一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器，如 RAM、FIFO 等；在系統(tǒng)中，具有實物形式的存儲設(shè)備也叫存儲器，如內(nèi)存條、TF 卡等。

我們先來看一下存儲器的分類情況：

多年來，業(yè)界一直在尋找一種可以解決延遲差距的新型內(nèi)存類型。理論上，該技術(shù)將具有 DRAM 的性能和閃存的成本和非易失性特性。而在短期內(nèi)，下一代技術(shù)不太可能取代現(xiàn)有的內(nèi)存，因為 DRAM、 NAND 都很便宜，成本是一大問題。

下面我們就來看看哪些是下一代存儲器技術(shù)。

3D XPoint、Z-SSD、MRAM、ReRAM 都被看作是下一代存儲器。

3D XPoint

美光在韓國雙雄三星和 SK 海力士的攻擊下，DRAM 和 Flash 業(yè)務(wù)發(fā)展都不如預(yù)期，所以美光與 Intel 合力開發(fā)了這種新型的存儲技術(shù)。

3D-Xpoint 是一種基于閃存顆粒的存儲技術(shù)的革命，它的誕生將改變 NAND 傳統(tǒng)的存儲規(guī)則，從根本上提高閃存顆粒的存儲性能，從而極致的提高以固態(tài)硬盤為代表的存儲設(shè)備的讀寫表現(xiàn)。3D XPoint 是自 1989 年 NAND 閃存推出至今的首款基于全新技術(shù)的非易失性存儲器，集 NAND 類似的容量和 DRAM 類似的性能于一身。

美光、Intel 將會各自推出了自家的產(chǎn)品，美光的叫做 QuantX，Intel 的是 Optane。

3D XPoint 被認為是改變行業(yè)游戲規(guī)則的革命性技術(shù)，有這四大亮點：
1. 其速度是 NAND Flash 的 1000 倍
2. 其成本大約是 DRAM 的 1/2
3. 其使用壽命是 NAND 高出 1000 倍
4. 其密度是傳統(tǒng)存儲器的 10 倍

工作原理如下圖所示：

3D XPoint 市場潛力巨大，Intel 和美光將 3D XPoint 的市場定位在高端 SSD 和 DDR4 NVDIMM，是一個適合企業(yè)級應(yīng)用的產(chǎn)品。對于 SSD 應(yīng)用，3D XPoint 其復(fù)雜的制造工藝導(dǎo)致成本較高。另一方面，DDR4 NVDIMM 對于 3D XPoint 來說是一個很好的切入點，因為 3D XPoint 的讀取延時很低（大約在 100ns 左右）。預(yù)計 3D XPoint 量產(chǎn)后很長一段時間是無法取代 DRAM 的。

Z-SSD

三星推出了 Z-SSD 新技術(shù)，將其性能水平定位在 SSD 與 DRAM 之間，劍指美光與英特爾的 XPoint 技術(shù)。

Z-SSD 基于 NAND 技術(shù)，目標應(yīng)用是高端企業(yè) SSD。Z-SSD 采用了新的電路設(shè)計和控制器，實現(xiàn)了比現(xiàn)有高端 SSD 低 4 倍的延遲和 1.6 倍的順序讀取。三星采用 V-NAND 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并配合一套獨特的電路設(shè)計及控制器，能夠最大程度提升性能水平，其延遲與連續(xù)讀取性能水平分別達到三星 PM863 NVMe SSD 的四分之一與 1.6 倍。

PM963 的最高連續(xù)讀取傳輸帶寬為每秒 1.6 GB，而新一代 Z-SSD 的同項參數(shù)則可提升至每秒 2.56 GB。不過其延遲水平則要靠估計，因為三星沒有公布過 PM963 的延遲。美光 9100 NVMe SSD 的寫入延遲為 30 納秒，同等比較之下這可能意味著 Z-SSD 的延遲為 7.5 納秒，與英特爾的 Optane XPoint 7 納秒延遲基本相當。

Z-SSD 具有獨特的電路設(shè)計，似乎在說明采用的是 SLC 芯片，這意味著其在基礎(chǔ)層面擁有遠超 MLC 或者 TLC 產(chǎn)品的讀取與寫入速度。

MRAM

MRAM 全稱是磁性隨機訪問存儲器。目前，MRAM 的諸多研究中，已經(jīng)可以開始生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)被稱為 STT MRAM（自旋轉(zhuǎn)移力矩磁性隨機訪問存儲器）。IBM 公司在 MRAM（磁性隨機訪問存儲器）領(lǐng)域已經(jīng)投入了二十年時間。最初 IBM 配合摩托羅拉希望打造一款場交換式 MRAM，如今 IBM 聯(lián)手三星致力于全新的 MRAM 技術(shù)——STT MRAM。其中的每個 bit 單元都包含一個晶體管外加一條垂直排列的隧道交叉點。該隧道交叉點包含兩個磁體，其一的北極永遠指向上，其二則為自由磁體、其北極可在向上與向下間切換以代表存儲 0 或者 1。其只需要 7.5 微安電流通過即可實現(xiàn)偏振方向編程。

工作原理：
單一場效應(yīng)晶體管（FET）通過 STT MRAM 內(nèi)的一條垂直磁性隧道交叉點（MRJ）實現(xiàn)讀寫電流控制。位于堆疊結(jié)構(gòu)底部的 FET 接入該 MRJ，后者則由鈷 - 鐵 - 硼（CoFeB）化合物層構(gòu)成，同時配合固定旋轉(zhuǎn)取向的鎂氧化物（MgO）隧道柵極以及可進行自旋轉(zhuǎn)變以代表 0 與 1 的 CoFeB 頂層。此堆疊體系還輔以另一 MgO 層，旨在強化垂直磁體各向異性（簡稱 PMA）并降低自旋電流流失。

STT MRAM 的關(guān)鍵性優(yōu)勢在于結(jié)合了非易失性與無限使用壽命，這不同于當前乃至可預(yù)見的未來所存在的任何其它存儲技術(shù)。另外，其亦通過對 bit 以及磁性材質(zhì)垂直異向性的優(yōu)化擁有極長的數(shù)據(jù)駐留周期。

相比目前的 DRAM 或者 SRAM，MRAM 的優(yōu)勢還是非常明顯的。包括它的高可制造性、高數(shù)據(jù)密度、高速度、非易失性和耐久性等。似乎 MRAM 成為“萬能內(nèi)存王”指日可待。

ReRAM

ReRAM 是基于電阻式隨機存取的一種非易失性存儲器，它可將 DRAM 的讀寫速度與 SSD 的非易失性結(jié)合于一身，同時具備更低的功耗及更快的讀寫速度。雖然 ReRAM 的名字中帶 RAM，但其實是像 NAND 閃存那樣用作數(shù)據(jù)存儲的 ROM，只不過它的性能更強。

其密度比 DRAM 內(nèi)存高 40 倍，讀取速度快 100 倍，寫入速度快 1000 倍。ReRAM 單芯片（200mm 左右）即可實現(xiàn) TB 級存儲，還具備結(jié)構(gòu)簡單、易于制造等優(yōu)點。ReRAM 存儲芯片的能耗可達到閃存的 1/20，數(shù)據(jù)擦寫上限是后者的 10 倍。

作為存儲器前沿技術(shù)，ReRAM 未來預(yù)期可以替代目前的 FlashRAM，并且具有成本更低、性能更突出的優(yōu)勢。

ReRAM 基于憶阻器原理，將 DRAM 的讀寫速度與 SSD 的非易失性結(jié)合于一身。關(guān)閉電源后存儲器仍能記住數(shù)據(jù)。如果 ReRAM 有足夠大的空間，一臺配備 ReRAM 的 PC 將不需要載入時間。

中芯國際已正式出樣采用 40nm 工藝的 ReRAM 芯片，并稱更先進的 28nm 工藝版很快也會到來。

存儲拼得是什么？似乎已不止是容量，下一代存儲器，誰能稱王，時間會是最好的答案。

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