芯耀
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存儲器占整個半導體市場規(guī)模超 20%，具有極高的技術壁壘和資本壁壘，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品需求的高速增長，存儲器也從中受益。
如今，我國半導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。
存儲器是現代信息技術中用于保存信息的記憶設備。其覆蓋的范圍非常廣泛：在數字系統(tǒng)中，只要能保存二進制數據的都可以是存儲器；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備也叫存儲器，如內存條、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存類型。理論上，該技術將具有 DRAM 的性能和閃存的成本和非易失性特性。而在短期內，下一代技術不太可能取代現有的內存，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。
3D XPoint、Z-SSD、MRAM、ReRAM 都被看作是下一代存儲器。
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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)務發(fā)展都不如預期，所以美光與 Intel 合力開發(fā)了這種新型的存儲技術。
3D-Xpoint 是一種基于閃存顆粒的存儲技術的革命，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備的讀寫表現。3D XPoint 是自 1989 年 NAND 閃存推出至今的首款基于全新技術的非易失性存儲器，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，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)級應用的產品。對于 SSD 應用，3D XPoint 其復雜的制造工藝導致成本較高。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）。預計 3D XPoint 量產后很長一段時間是無法取代 DRAM 的。
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Z-SSD
三星推出了 Z-SSD 新技術，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。
Z-SSD 基于 NAND 技術，目標應用是高端企業(yè) SSD。Z-SSD 采用了新的電路設計和控制器，實現了比現有高端 SSD 低 4 倍的延遲和 1.6 倍的順序讀取。三星采用 V-NAND 基礎結構并配合一套獨特的電路設計及控制器，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 具有獨特的電路設計，似乎在說明采用的是 SLC 芯片，這意味著其在基礎層面擁有遠超 MLC 或者 TLC 產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，已經可以開始生產的產品結構被稱為 STT MRAM（自旋轉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）領域已經投入了二十年時間。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——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偏振方向編程。
工作原理：
單一場效應晶體管（FET）通過 STT MRAM 內的一條垂直磁性隧道交叉點（MRJ）實現讀寫電流控制。位于堆疊結構底部的 FET 接入該 MRJ，后者則由鈷 - 鐵 - 硼（CoFeB）化合物層構成，同時配合固定旋轉取向的鎂氧化物（MgO）隧道柵極以及可進行自旋轉變以代表 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。
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STT MRAM 的關鍵性優(yōu)勢在于結合了非易失性與無限使用壽命，這不同于當前乃至可預見的未來所存在的任何其它存儲技術。另外，其亦通過對 bit 以及磁性材質垂直異向性的優(yōu)化擁有極長的數據駐留周期。
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、高數據密度、高速度、非易失性和耐久性等。似乎 MRAM 成為“萬能內存王”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 閃存那樣用作數據存儲的 ROM，只不過它的性能更強。
其密度比 DRAM 內存高 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 TB 級存儲，還具備結構簡單、易于制造等優(yōu)點。ReRAM 存儲芯片的能耗可達到閃存的 1/20，數據擦寫上限是后者的 10 倍。
作為存儲器前沿技術，ReRAM 未來預期可以替代目前的 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 的非易失性結合于一身。關閉電源后存儲器仍能記住數據。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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