ReRAM技术破解AI时代的大数据处理困境即将实现

在人工智能的认知系统里，最重要部分就是通过神经网络、深度学习等技术让机器尽可能像人一样去思考，而机器的世界里只有0和1，这就需要海量数据来帮助机器进行判断。

在人工智能的认知系统里，最重要部分就是通过神经网络、深度学习等技术让机器尽可能像人一样去思考，而机器的世界里只有0和1，这就需要海量数据来帮助机器进行判断。以前阻碍人工智能发展的主要因素是CPU的处理能力，随着数据的爆发式增长，传统的存储解决方案不仅无法满足高速计算的需求，而且难以负担得起数据长期保留产生的费用，这促使很多企业开始寻求新的存储解决方案。

纵观2017年的存储市场，全年规模达到950亿美金，供应不足的局面推动存储芯片收入增长64％，三星也因此在2017年的半导体市场首次超越英特尔登上第一的宝座，可见存储的市场地位越来越重要，几乎全球的存储厂商都在研发小体积、大存储、低功耗的存储设备，从而满足人工智能时代的存储需求。最近与非网记者采访了ReRAM存储技术的发明公司Crossbar，其战略营销和业务发展副总裁Sylvain Dubois向记者介绍了Crossbar的最新发展动向。

Crossbar战略营销和业务发展副总裁Sylvain Dubois

ReRAM：200W的擦写速度颠覆当前的存储方式

在消费电子领域，手机和电脑用户在购买产品之前，一定为存储空间大小和价格而纠结过，几乎所有的电子产品都是存储空间越大价格越贵，这就致使用户很难实现大存储、低总价的预算目标。在人工智能的深度学习和推理过程中，存储器的擦写速度决定了神经网络的计算速度，从而决定系统的判断速度，Crossbar公司研发的ReRAM技术是非易失性存储器领域的一种新技术，可以弥补DRAM和Flash的不足。Sylvain Dubois介绍，“ReRAM技术使用了基于硅的转换材料作为形成金属导电细丝的宿主，当电压作用于两个电极之间时，就会形成纳米级导电细丝。金属导电细丝的优势在于密度高、交叉线结构，工艺节点可以演进到小于10nm；在结构上可以进行3D堆叠，从而在单个芯片上实现多个TB级的存储能力。”

ReRAM技术与CMOS兼容，因此使得即便在最先进的工艺制程上，逻辑电路和存储器可以集成在的同一颗单芯片内。换句话说，ReRAM技术可以将CPU芯片上原本空置的空间加以利用，填充上存储器，从而增加CPU内部的存储空间，这样更多数据就可以存在芯片内部。按照目前的存储模式，CPU需要外挂存储器，当进行数据分析时，CPU要先将外部数据传输到内部缓存，再进行数据处理，而有了ReRAM存储技术，CPU的内部存储空间可以增加256GB甚至更多，CPU可以直接对内部数据进行分析，不受总线宽度的约束，因为数据在CPU内部不容易被盗取，安全性更高；ReRAM技术是非易失存储器技术，可以工作在极低能耗条件下，甚至关电条件下，能耗能耗比独立闪存低100倍。

Sylvain Dubois指出，“ReRM存储技术可以在单芯片上实现太字节（terabyte）存储，比DRAM高40倍的密度，并具备最高的性能和可靠性。在CES上的Demo 展示已经可以达到200W的擦写速度，而且ReRAM技术无需纠错，Crossbar可以和客户一起开发产品，擦写速度可以实现更高。”

高可靠性，适用于高速数据处理

人工智能离不开大数据，而大数据处理必然产生热量，一般的随着温度的升高处理器性能会大幅度下降，普通人从电脑和手机的使用过程中可以得到深刻体验，因此，存储器在高温下的稳定性关乎数据中心运营稳定，以及人工智能算法能否按时完成计算。关于ReRAM技术的稳定性，Sylvain Dubois做出了解释，“因为阻变式转换的机理是基于电场的，ReRAM存储单元非常稳定，在－40°C ～125°C的温度变化范围内也不打折扣，可以达到200万次的写次数，以及在85°C温度下数据可以保存10年。Flash 的数据保存周期也是10年，但是其存在读写干扰。ReRAM技术在－40°C ～125°C的温度范围内，不存在读写对其它区域的干扰，稳定性更高。”

IP授权模式，争做存储领域的arm

采用ReRAM技术的客户一般分为两种，一种是需要配合ReRAM技术在自己的芯片中增加存储空间的SoC厂商，另一种是独立设计存储器的厂商。Sylvain Dubois表示，“Crossbar公司采用IP授权的模式，ReRAM技术可以看作存储领域的IP架构，对于设计能力强的公司需要授权就给予授权，对于数据中心需要寻求第三方的设计产品，可以合作开发产品。”

CMOS和存储器代工厂分为两种，一种是专门针对存储器的代工厂，如：东芝、三星、长江存储；一种是CMOS代工厂，如：台积电、中芯国际。而ReRAM技术因为兼容CMOS技术，因此可以采用两种代工厂进行生产，目前已经和中芯国际在40nm制程展开合作。Sylvain Dubois指出，“我们的产品预计会在2018年中期实现量产，同时在28nm、14nm，以及10nm以下的工艺制程上也在进行研发，国内的BAT等数据中心以及国外的亚马逊、谷歌都有极大的兴趣。”

笔者认为，如果ReRAM技术得到广泛采用，电脑和手机等消费电子的性价比可以极大地提高，Crossbar公司有望成为存储领域的“arm”。而且做IP授权的优势在于，Crossbar公司与其它存储器设计公司以及SoC厂商都是合作伙伴，而非竞争对手，因此进入市场更加容易。

采访最后，记者也要求Sylvain Dubois评价一下自己的公司及产品，他表示，“我们在ReRAM技术领域做了深入的研究，目前申请专利数量达到310，通过160个。未来希望和更多客户进行合作，在存储技术领域实现更大的突破，ReRAM技术可以广泛应用于人工智能、IoT、大数据、移动计算、消费电子、汽车、工业等领域。”