存储器是现代信息系统的关键组件之一,已经形成了一个主要由DRAM与NAND Flash组成的超过1600亿美元的市场。当前主流的计算系统,从大型服务器集群、PC、再到智能手机,均采用冯诺依曼架构,架构特点在于程序存储于存储器中,与运算控制单元相分离。为了满足速度和容量的需求,现代计算系统通常采取高速缓存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存储(NAND Flash)的三级存储结构,如下图所示。越靠近运算单元的存储器速度越快,但受功耗、散热、芯片面积的制约,其相应的容量也越小。
由于DRAM和NAND Flash本身物理特性的限制,单纯依靠改良现有的存储器很难突破“存储墙”。新型存储技术特点,在于同时具备DRAM的读写速率与寿命,以及NAND Flash的非易失特性。这使得新型存储理论上可以简化存储架构将当前的内存和外存合并为持久内存,从而消除或缩小内存与外存间的“存储墙”。
利用新型存储技术的电阻特性,可实现乘加运算,从而形成新的存算一体运算架构,突破现有冯诺依曼架构瓶颈,这样可完全消除高速运算带来的“存储墙问题”。
电阻式随机存储器(ReRAM,Resistive Random Access Memory)被公认为是下一代存储技术的关键路线之一,其存储单元直接利用材料的电阻随电压变化的特性,以电阻的高低阻值代表数字“0”和 “1”。昕原半导体的ReRAM 具备开关窗口大、CMOS兼容、运行功耗低、以及可以进行3D 堆叠的技术特点,可以在单个芯片上提供多达TB的存储空间。同时由于工艺制程的CMOS兼容性,可以将逻辑、控制器、微处理器、以及存储器放在同一个芯片上,从而降低芯片的封装成本并提高芯片整体性能。
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