物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn)和人類生活對(duì)智能設(shè)備永不滿足的需求正驅(qū)動(dòng)著傳統(tǒng)智慧在微控制器和嵌入式內(nèi)存市場(chǎng)的徹底變革,。
隨著電子設(shè)備智能化程度的提高,，軟件編碼增大,，需要加快處理速度才能處理通信協(xié)議,、身份驗(yàn)證,、信息生成和歷史積壓數(shù)據(jù),。我們行業(yè)逐漸開(kāi)始認(rèn)識(shí)到這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí) - 當(dāng)前的內(nèi)存技術(shù)無(wú)法滿足新一代編碼存儲(chǔ)容量和性能需求,，同時(shí)嵌入式軟件編碼也隨之快速增加，由過(guò)去的幾個(gè)千字節(jié)到現(xiàn)在的數(shù)個(gè)兆字節(jié),。
據(jù)Web-Feet Research等分析公司預(yù)測(cè),，到2018年，消費(fèi)類電子設(shè)備的嵌入式內(nèi)存市場(chǎng)將突破28.8億美元,，現(xiàn)在是我們?yōu)檫@一問(wèn)題想出解決方案的時(shí)候了,。如果傳統(tǒng)內(nèi)存技術(shù)無(wú)法滿足未來(lái)需求，那么哪種技術(shù)能夠滿足,？隨著閃存在消費(fèi)類電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中無(wú)處不在的應(yīng)用,，是否可以考慮替代現(xiàn)有的過(guò)時(shí)技術(shù)？
內(nèi)存困局
在設(shè)計(jì)新微控制器或系統(tǒng)芯片時(shí),，設(shè)計(jì)人員必須考慮嵌入式內(nèi)存容量和組織結(jié)構(gòu),，在做出架構(gòu)決策時(shí)還要考慮集成。但是,，下一代系統(tǒng)架構(gòu)師還必須重新尋找嵌入式內(nèi)存塊與邏輯處理器集成的方式,。
如果我們審視一下當(dāng)前的閃存技術(shù)，信息存儲(chǔ)是基于電荷密度,。丟失幾個(gè)電子可能造成嚴(yán)重的可靠度問(wèn)題,，當(dāng)達(dá)到25nm以下時(shí)，閃存技術(shù)將遭受耐久性,、保留度和可靠度的嚴(yán)重衰退,。
為了克服閃存技術(shù)固有的耐久性、保留度和可靠度問(wèn)題,，目前的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)使用了可管理復(fù)雜架構(gòu)與算法的高端內(nèi)存控制器芯片,，如糾錯(cuò)碼和DSP算法、耗損平衡,、壞塊管理,、數(shù)據(jù)復(fù)制、邏輯到物理映射,、垃圾收集和DRAM緩沖,。盡管需要有這些替代辦法來(lái)支持閃存技術(shù)，但這些復(fù)雜的技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)中轉(zhuǎn)換并不容易,。因此,，現(xiàn)在迫切需要可有效替代閃存的新嵌入式內(nèi)存技術(shù)。
嵌入式內(nèi)存技術(shù)電阻式RAM
幸運(yùn)的是,，能夠克服嵌入式閃存技術(shù)自身局限又具有成本優(yōu)勢(shì),、低功耗、高性能和小足跡的新型內(nèi)存技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn),。其中最具前景的就是電阻式RAM（RRAM）技術(shù),。
典型的RRAM設(shè)備由兩個(gè)金屬電極夾一個(gè)薄介電層組成,，其中介電層作為離子傳輸和存儲(chǔ)介質(zhì)。選用不同的材料,，實(shí)際機(jī)制會(huì)有顯著差別,，但所有RRAM設(shè)備間的共同連接是電場(chǎng)或是熱源，它們引起存儲(chǔ)介質(zhì)離子運(yùn)動(dòng)和局部結(jié)構(gòu)變化,，反過(guò)來(lái)又造成設(shè)備電阻的顯著變化,。
我們Crossbar 公司團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一種RRAM采用了常用的非晶膜（如非晶硅（a-Si））作為形成絲狀體的基質(zhì)材料。電阻接通過(guò)程中形成的導(dǎo)電“絲狀體”由離散的金屬顆粒組成,，而不是連續(xù)的金屬絲刷,。這些特性使其具有多種性能優(yōu)勢(shì)，有望消除閃存面臨的諸多問(wèn)題,。
非晶硅與閃存不同,，可成功縮小至5nm，而且性能更佳,。非晶硅RRAM與傳統(tǒng)的RAM也不同,，它的足跡減小，因而成本更經(jīng)濟(jì),。RRAM模糊了不同內(nèi)存類型之間的界限,，從而簡(jiǎn)化了內(nèi)存子系統(tǒng)的架構(gòu)和分層，實(shí)現(xiàn)了成本更低,、足跡更小,、密度更高、速度更快的內(nèi)存,。
在CMOS（互補(bǔ)金屬物半導(dǎo)體）基礎(chǔ)上,，RRAM內(nèi)存可與具體的邏輯功能緊密集成，例如與安全加密算法集成,，用于智能卡或生物計(jì)量應(yīng)用,。這種集成實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)分析使用的高性能、大規(guī)模并行計(jì)算處理系統(tǒng),，將迎來(lái)內(nèi)存與邏輯系統(tǒng)混合架構(gòu)的新時(shí)代,。
在3D架構(gòu)中，RRAM各分層還可以彼此疊加,，從而可以小足跡實(shí)現(xiàn)大內(nèi)存容量,。借助具體的架構(gòu)技術(shù)，RRAM可以層疊在CMOS邏輯閘上,，從而產(chǎn)生超密邏輯+內(nèi)存系統(tǒng)的解決方案,、
RRAM技術(shù)具有消費(fèi)類電子產(chǎn)品、家用電器,、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和一次性電子產(chǎn)品所需的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。而且,，其經(jīng)過(guò)提升的讀寫(xiě)性能和高能效還有望應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備和可穿戴電子設(shè)備上。
隨著RRAM成為主流,，我們將看到由大容量嵌入式內(nèi)存支持的高智能化系統(tǒng)解決方案,，以及可在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間實(shí)現(xiàn)新型應(yīng)用的高效率微控制器,。RRAM是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),，也是將最終讓備受推崇的物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)的力量之一。