Crossbar：ReRAM技術(shù)有望顛覆目前的存儲(chǔ)模式，破解人工智能時(shí)代的大數(shù)據(jù)處理困境

在人工智能的認(rèn)知系統(tǒng)里，最重要部分就是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)讓機(jī)器盡可能像人一樣去思考，而機(jī)器的世界里只有 0 和 1，這就需要海量數(shù)據(jù)來(lái)幫助機(jī)器進(jìn)行判斷。以前阻礙人工智能發(fā)展的主要因素是 CPU 的處理能力，隨著數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)解決方案不僅無(wú)法滿(mǎn)足高速計(jì)算的需求，而且難以負(fù)擔(dān)得起數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保留產(chǎn)生的費(fèi)用，這促使很多企業(yè)開(kāi)始尋求新的存儲(chǔ)解決方案。

縱觀 2017 年的存儲(chǔ)市場(chǎng)，全年規(guī)模達(dá)到 950 億美金，供應(yīng)不足的局面推動(dòng)存儲(chǔ)芯片收入增長(zhǎng) 64%，三星也因此在 2017 年的半導(dǎo)體市場(chǎng)首次超越英特爾登上第一的寶座，可見(jiàn)存儲(chǔ)的市場(chǎng)地位越來(lái)越重要，幾乎全球的存儲(chǔ)廠商都在研發(fā)小體積、大存儲(chǔ)、低功耗的存儲(chǔ)設(shè)備，從而滿(mǎn)足人工智能時(shí)代的存儲(chǔ)需求。最近與非網(wǎng)記者采訪了 ReRAM 存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)明公司 Crossbar，其戰(zhàn)略營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 Sylvain Dubois 向記者介紹了 Crossbar 的最新發(fā)展動(dòng)向。

Crossbar 戰(zhàn)略營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 Sylvain Dubois

ReRAM：200W 的擦寫(xiě)速度顛覆當(dāng)前的存儲(chǔ)方式
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，手機(jī)和電腦用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品之前，一定為存儲(chǔ)空間大小和價(jià)格而糾結(jié)過(guò)，幾乎所有的電子產(chǎn)品都是存儲(chǔ)空間越大價(jià)格越貴，這就致使用戶(hù)很難實(shí)現(xiàn)大存儲(chǔ)、低總價(jià)的預(yù)算目標(biāo)。在人工智能的深度學(xué)習(xí)和推理過(guò)程中，存儲(chǔ)器的擦寫(xiě)速度決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算速度，從而決定系統(tǒng)的判斷速度，Crossbar 公司研發(fā)的 ReRAM 技術(shù)是非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域的一種新技術(shù)，可以彌補(bǔ) DRAM 和 Flash 的不足。Sylvain Dubois 介紹，“ReRAM 技術(shù)使用了基于硅的轉(zhuǎn)換材料作為形成金屬導(dǎo)電細(xì)絲的宿主，當(dāng)電壓作用于兩個(gè)電極之間時(shí)，就會(huì)形成納米級(jí)導(dǎo)電細(xì)絲。金屬導(dǎo)電細(xì)絲的優(yōu)勢(shì)在于密度高、交叉線結(jié)構(gòu)，工藝節(jié)點(diǎn)可以演進(jìn)到小于 10nm；在結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)行 3D 堆疊，從而在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)多個(gè) TB 級(jí)的存儲(chǔ)能力。”

ReRAM 技術(shù)與 CMOS 兼容，因此使得即便在最先進(jìn)的工藝制程上，邏輯電路和存儲(chǔ)器可以集成在的同一顆單芯片內(nèi)。換句話(huà)說(shuō)，ReRAM 技術(shù)可以將 CPU 芯片上原本空置的空間加以利用，填充上存儲(chǔ)器，從而增加 CPU 內(nèi)部的存儲(chǔ)空間，這樣更多數(shù)據(jù)就可以存在芯片內(nèi)部。按照目前的存儲(chǔ)模式，CPU 需要外掛存儲(chǔ)器，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，CPU 要先將外部數(shù)據(jù)傳輸到內(nèi)部緩存，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而有了 ReRAM 存儲(chǔ)技術(shù)，CPU 的內(nèi)部存儲(chǔ)空間可以增加 256GB 甚至更多，CPU 可以直接對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不受總線寬度的約束，因?yàn)閿?shù)據(jù)在 CPU 內(nèi)部不容易被盜取，安全性更高；ReRAM 技術(shù)是非易失存儲(chǔ)器技術(shù)，可以工作在極低能耗條件下，甚至關(guān)電條件下，能耗能耗比獨(dú)立閃存低 100 倍。

Sylvain Dubois 指出，“ReRM 存儲(chǔ)技術(shù)可以在單芯片上實(shí)現(xiàn)太字節(jié)（terabyte）存儲(chǔ)，比 DRAM 高 40 倍的密度，并具備最高的性能和可靠性。在 CES 上的 Demo 展示已經(jīng)可以達(dá)到 200W 的擦寫(xiě)速度，而且 ReRAM 技術(shù)無(wú)需糾錯(cuò)，Crossbar 可以和客戶(hù)一起開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，擦寫(xiě)速度可以實(shí)現(xiàn)更高?！?/p>

高可靠性，適用于高速數(shù)據(jù)處理
人工智能離不開(kāi)大數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)處理必然產(chǎn)生熱量，一般的隨著溫度的升高處理器性能會(huì)大幅度下降，普通人從電腦和手機(jī)的使用過(guò)程中可以得到深刻體驗(yàn)，因此，存儲(chǔ)器在高溫下的穩(wěn)定性關(guān)乎數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定，以及人工智能算法能否按時(shí)完成計(jì)算。關(guān)于 ReRAM 技術(shù)的穩(wěn)定性，Sylvain Dubois 做出了解釋?zhuān)耙驗(yàn)樽枳兪睫D(zhuǎn)換的機(jī)理是基于電場(chǎng)的，ReRAM 存儲(chǔ)單元非常穩(wěn)定，在 -40°C ~125°C 的溫度變化范圍內(nèi)也不打折扣，可以達(dá)到 200 萬(wàn)次的寫(xiě)次數(shù)，以及在 85°C 溫度下數(shù)據(jù)可以保存 10 年。Flash 的數(shù)據(jù)保存周期也是 10 年，但是其存在讀寫(xiě)干擾。ReRAM 技術(shù)在 -40°C ~125°C 的溫度范圍內(nèi)，不存在讀寫(xiě)對(duì)其它區(qū)域的干擾，穩(wěn)定性更高?！?/p>

IP 授權(quán)模式，爭(zhēng)做存儲(chǔ)領(lǐng)域的 arm
采用 ReRAM 技術(shù)的客戶(hù)一般分為兩種，一種是需要配合 ReRAM 技術(shù)在自己的芯片中增加存儲(chǔ)空間的 SoC 廠商，另一種是獨(dú)立設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器的廠商。Sylvain Dubois 表示，“Crossbar 公司采用 IP 授權(quán)的模式，ReRAM 技術(shù)可以看作存儲(chǔ)領(lǐng)域的 IP 架構(gòu)，對(duì)于設(shè)計(jì)能力強(qiáng)的公司需要授權(quán)就給予授權(quán)，對(duì)于數(shù)據(jù)中心需要尋求第三方的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，可以合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)品?！?/p>

CMOS 和存儲(chǔ)器代工廠分為兩種，一種是專(zhuān)門(mén)針對(duì)存儲(chǔ)器的代工廠，如：東芝、三星、長(zhǎng)江存儲(chǔ)；一種是 CMOS 代工廠，如：臺(tái)積電、中芯國(guó)際。而 ReRAM 技術(shù)因?yàn)榧嫒?CMOS 技術(shù)，因此可以采用兩種代工廠進(jìn)行生產(chǎn)，目前已經(jīng)和中芯國(guó)際在 40nm 制程展開(kāi)合作。Sylvain Dubois 指出，“我們的產(chǎn)品預(yù)計(jì)會(huì)在 2018 年中期實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同時(shí)在 28nm、14nm，以及 10nm 以下的工藝制程上也在進(jìn)行研發(fā)，國(guó)內(nèi)的 BAT 等數(shù)據(jù)中心以及國(guó)外的亞馬遜、谷歌都有極大的興趣。”

筆者認(rèn)為，如果 ReRAM 技術(shù)得到廣泛采用，電腦和手機(jī)等消費(fèi)電子的性?xún)r(jià)比可以極大地提高，Crossbar 公司有望成為存儲(chǔ)領(lǐng)域的“arm”。而且做 IP 授權(quán)的優(yōu)勢(shì)在于，Crossbar 公司與其它存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)公司以及 SoC 廠商都是合作伙伴，而非競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，因此進(jìn)入市場(chǎng)更加容易。

采訪最后，記者也要求 Sylvain Dubois 評(píng)價(jià)一下自己的公司及產(chǎn)品，他表示，“我們?cè)?ReRAM 技術(shù)領(lǐng)域做了深入的研究，目前申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量達(dá)到 310，通過(guò) 160 個(gè)。未來(lái)希望和更多客戶(hù)進(jìn)行合作，在存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的突破，ReRAM 技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于人工智能、IoT、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算、消費(fèi)電子、汽車(chē)、工業(yè)等領(lǐng)域?！?/p>

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