在人工智能的認知系統(tǒng)里，最重要部分就是通過神經(jīng)網(wǎng)絡、深度學習等技術讓機器盡可能像人一樣去思考，而機器的世界里只有 0 和 1，這就需要海量數(shù)據(jù)來幫助機器進行判斷。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，傳統(tǒng)的存儲解決方案不僅無法滿足高速計算的需求，而且難以負擔得起數(shù)據(jù)長期保留產(chǎn)生的費用，這促使很多企業(yè)開始尋求新的存儲解決方案。

縱觀 2017 年的存儲市場，全年規(guī)模達到 950 億美金，供應不足的局面推動存儲芯片收入增長 64%，三星也因此在 2017 年的半導體市場首次超越英特爾登上第一的寶座，可見存儲的市場地位越來越重要，幾乎全球的存儲廠商都在研發(fā)小體積、大存儲、低功耗的存儲設備，從而滿足人工智能時代的存儲需求。最近與非網(wǎng)記者采訪了 ReRAM 存儲技術的發(fā)明公司 Crossbar，其戰(zhàn)略營銷和業(yè)務發(fā)展副總裁 Sylvain Dubois 向記者介紹了 Crossbar 的最新發(fā)展動向。

Crossbar 戰(zhàn)略營銷和業(yè)務發(fā)展副總裁 Sylvain Dubois

ReRAM：200W 的擦寫速度顛覆當前的存儲方式
在消費電子領域，手機和電腦用戶在購買產(chǎn)品之前，一定為存儲空間大小和價格而糾結(jié)過，幾乎所有的電子產(chǎn)品都是存儲空間越大價格越貴，這就致使用戶很難實現(xiàn)大存儲、低總價的預算目標。在人工智能的深度學習和推理過程中，存儲器的擦寫速度決定了神經(jīng)網(wǎng)絡的計算速度，從而決定系統(tǒng)的判斷速度，Crossbar 公司研發(fā)的 ReRAM 技術是非易失性存儲器領域的一種新技術，可以彌補 DRAM 和 Flash 的不足。Sylvain Dubois 介紹，“ReRAM 技術使用了基于硅的轉(zhuǎn)換材料作為形成金屬導電細絲的宿主，當電壓作用于兩個電極之間時，就會形成納米級導電細絲。金屬導電細絲的優(yōu)勢在于密度高、交叉線結(jié)構，工藝節(jié)點可以演進到小于 10nm；在結(jié)構上可以進行 3D 堆疊，從而在單個芯片上實現(xiàn)多個 TB 級的存儲能力。”

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

Sylvain Dubois 指出，“ReRM 存儲技術可以在單芯片上實現(xiàn)太字節(jié)（terabyte）存儲，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)可以達到 200W 的擦寫速度，而且 ReRAM 技術無需糾錯，Crossbar 可以和客戶一起開發(fā)產(chǎn)品，擦寫速度可以實現(xiàn)更高。”

高可靠性，適用于高速數(shù)據(jù)處理
人工智能離不開大數(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大幅度下降，普通人從電腦和手機的使用過程中可以得到深刻體驗，因此，存儲器在高溫下的穩(wěn)定性關乎數(shù)據(jù)中心運營穩(wěn)定，以及人工智能算法能否按時完成計算。關于 ReRAM 技術的穩(wěn)定性，Sylvain Dubois 做出了解釋，“因為阻變式轉(zhuǎn)換的機理是基于電場的，ReRAM 存儲單元非常穩(wěn)定，在 -40°C ~125°C 的溫度變化范圍內(nèi)也不打折扣，可以達到 200 萬次的寫次數(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，但是其存在讀寫干擾。ReRAM 技術在 -40°C ~125°C 的溫度范圍內(nèi)，不存在讀寫對其它區(qū)域的干擾，穩(wěn)定性更高?！?/p>

IP 授權模式，爭做存儲領域的 arm
采用 ReRAM 技術的客戶一般分為兩種，一種是需要配合 ReRAM 技術在自己的芯片中增加存儲空間的 SoC 廠商，另一種是獨立設計存儲器的廠商。Sylvain Dubois 表示，“Crossbar 公司采用 IP 授權的模式，ReRAM 技術可以看作存儲領域的 IP 架構，對于設計能力強的公司需要授權就給予授權，對于數(shù)據(jù)中心需要尋求第三方的設計產(chǎn)品，可以合作開發(fā)產(chǎn)品?！?/p>

CMOS 和存儲器代工廠分為兩種，一種是專門針對存儲器的代工廠，如：東芝、三星、長江存儲；一種是 CMOS 代工廠，如：臺積電、中芯國際。而 ReRAM 技術因為兼容 CMOS 技術，因此可以采用兩種代工廠進行生產(chǎn)，目前已經(jīng)和中芯國際在 40nm 制程展開合作。Sylvain Dubois 指出，“我們的產(chǎn)品預計會在 2018 年中期實現(xiàn)量產(chǎn)，同時在 28nm、14nm，以及 10nm 以下的工藝制程上也在進行研發(fā)，國內(nèi)的 BAT 等數(shù)據(jù)中心以及國外的亞馬遜、谷歌都有極大的興趣。”

筆者認為，如果 ReRAM 技術得到廣泛采用，電腦和手機等消費電子的性價比可以極大地提高，Crossbar 公司有望成為存儲領域的“arm”。而且做 IP 授權的優(yōu)勢在于，Crossbar 公司與其它存儲器設計公司以及 SoC 廠商都是合作伙伴，而非競爭對手，因此進入市場更加容易。

采訪最后，記者也要求 Sylvain Dubois 評價一下自己的公司及產(chǎn)品，他表示，“我們在 ReRAM 技術領域做了深入的研究，目前申請專利數(shù)量達到 310，通過 160 個。未來希望和更多客戶進行合作，在存儲技術領域?qū)崿F(xiàn)更大的突破，ReRAM 技術可以廣泛應用于人工智能、IoT、大數(shù)據(jù)、移動計算、消費電子、汽車、工業(yè)等領域?！?/p>

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