閃存時代預(yù)期將在2020年走向終結(jié)，包括電阻式與電子自旋式等存儲的最新技術(shù)蓄勢待發(fā)，未來引領(lǐng)其性能更高，速度更快且具有動態(tài)存儲式定址能力的新閃存，未來將對現(xiàn)有閃存技術(shù)全面接盤，由于這些技術(shù)的顛覆性我們把他們的未來稱作“后閃存時代”(Post_NAND)。

一些人會問，這些新技術(shù)中的一種通用的存儲技術(shù)真的能聯(lián)接動態(tài)存儲器和非易失性存儲器嗎?

現(xiàn)在聽來似乎有點(diǎn)不靠譜，只要找一個NAND的替代品好像就成了。

目前主要有IBM和HP在做后閃存理論研究并且有所突破。其他的比如三星，東芝和美光，他們更感興趣的是延長NAND的壽命以及他們對NAND制程的投資，而不是找別的產(chǎn)品取代閃存。

但無論如何，他們沒法視而不見。美光研發(fā)出了相變存儲器，近來已經(jīng)投入生產(chǎn)，東芝已經(jīng)在研發(fā)自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取存儲器，而三星也開始涉獵自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取存儲器。

NAND閃存是一種奇特的技術(shù)，它具有非易失性，就像磁帶和磁盤，但又不是字節(jié)編址。與它們不同，它每次都要寫入字節(jié)塊。每個字節(jié)又要分入一個單元。

因而在新數(shù)據(jù)寫入之前也不得不成塊清空或刪除。這就意味著一個寫循環(huán)包含兩個過程。讀取是一個單過程。

在NAND半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)束它的過程收尾時，單元在10納米以下變得越來越易錯，壽命也越來越短，另一個post-NAND技術(shù)正在被審查，看看它們是否可以在需要時傳遞增強(qiáng)的密度(容量)，而不連帶NAND的缺點(diǎn)。

用戶會一直追求大容量和高速度，那時就會需要post-NAND技術(shù)。兩三年前人們認(rèn)為Post-NAND的未來很快就要到了，但是TLC和3D NAND技術(shù)又將NAND時代的終結(jié)向后推遲到了2020年。

研發(fā)工程師集中研究字節(jié)編址和非易失性的技術(shù)，當(dāng)然也比NAND存取更快，使它們在定址能力和速度上的表現(xiàn)更接近動態(tài)隨機(jī)存儲器。

為了改變存儲器的易失性，數(shù)據(jù)就需要一個分離的固定存儲基礎(chǔ)設(shè)施(閃存，磁盤和磁帶)，這樣一來存儲器就成了非易失性的。這也就意味著深層系統(tǒng)軟件必須做出改變才能使系統(tǒng)充分使用這個“存儲內(nèi)存”。

后閃存時代有三個主要的發(fā)展方向：相變存儲器，電阻式隨機(jī)存儲器以及自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取存儲器。

相變存儲(PCM)

相變存儲器包括利用電力來改變硫系玻璃材質(zhì)，由多晶變成非晶狀態(tài)，改變了它的電阻。

電流應(yīng)用到元器件加熱，如果它迅速冷卻那么硫化物會變?yōu)槎嗑ЫY(jié)構(gòu)，耗熱量較慢也就意味著它有高電阻非晶體結(jié)構(gòu).

隨著IBM制成了PCM/NAND混合卡，美光和IBM全都參與了相變存儲器的研究。HGST演示了如圖所示的一個可以傳送3百萬 IOPS和延期讀取1.5微秒的相變存儲產(chǎn)品。

PCM制造商美光表示相變存儲器是目前正在投資的少數(shù)幾個新興存儲技術(shù)之一。2012年P(guān)CM產(chǎn)品海運(yùn)至諾基亞公司用于Asha智能手機(jī)制作。芯片內(nèi)存1Gb，45納米制程，寫入超過100，000次。

然而此后很多事都發(fā)生了變化，尤其是NAND前景與TLC和3D概念上。最終，美光因?yàn)檠邪l(fā)了一個低成本，低功率，高性能的新制程而從市場上撤出了他們的PCM產(chǎn)品。

憶阻器

2008年，惠普公布了對憶阻器的物理實(shí)現(xiàn)，并將其定位為與電容器，電阻器和電感器并列的第四個基本元件。

憶阻器單元由兩層二氧化鈦半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成。其中只有第一層有微小的氧空位，并且可以導(dǎo)電。另一層則是電阻非常非常高。

氧空位可以通過電壓傳導(dǎo)從這一層移動到另一層，而他們停留和移動憶阻器電阻的位置，給我們設(shè)置了一個開關(guān)功能。

這個技術(shù)與 不同，在某些領(lǐng)域也視為才生產(chǎn)兩年的產(chǎn)品，但它和擁有全新的操作系統(tǒng)和特芯片的硅光子相同，是惠普“機(jī)器”研發(fā)的眾多支柱之一。

幾個產(chǎn)品相結(jié)合降低了其各自給存儲區(qū)的帶來的，憶阻器技術(shù)可能會有的特殊影響。

首先，惠普把它的憶阻器當(dāng)做一項(xiàng)專利技術(shù)在自己的專有硬件上使用。據(jù)我們所知，主要的閃存制造運(yùn)營商也都沒有參與憶阻器開發(fā)。 Hynix,一家二線制造運(yùn)營商已經(jīng)參與進(jìn)來了。

第三，人們普遍把憶阻器看成一個電阻式隨機(jī)存儲器變體，而不是一個天差地異的非易失性存儲器變體。

電阻式隨機(jī)存儲器

與PCM,PRAM類似利用不同阻力水平來傳送二進(jìn)制0，1的信號，但沒有改變相變元件的狀態(tài)。

IBM和Crocus 曾合作開發(fā)過磁電阻存儲器。Unity Semiconductor有CMOx技術(shù)。第三家參與研發(fā)的公司是Crossbar。

Crossbar RRAM

Crossbar擁有3D RRAM技術(shù)，并認(rèn)為可以搭建1TB的芯片。它的第一個單機(jī)RRAM芯片將到每晶1Tb，這就需要有十萬寫入次數(shù)。

據(jù)悉它將為嵌入式市場帶來字節(jié)尋址，為存儲市場帶來1KB的頁面尋址。Crossbar透露它的制程能突破16納米，接近NAND的極限。

該技術(shù)基于一個不定形硅交換層，靠的是金屬原子運(yùn)動原理。Crossbar的架構(gòu)被描述成1TnR,就是一個單晶體管驅(qū)動n個電阻式存儲元件。Crossbar表示這將帶來高容量的固態(tài)存儲。

相比之下，PCM的一個晶體管驅(qū)動一個單元件的1T1R架構(gòu)，按照Crossbar的說法來看，則意味著較低密度。

憶阻器利用了氧空位現(xiàn)象，而氧空位要求貴金屬電極，如鉑。該公司指出這些都很難并入一個生產(chǎn)程序中，并堅(jiān)稱金屬離子比氧空位更好控制。

它又補(bǔ)充說憶阻器技術(shù)必須要有一個復(fù)雜的非化學(xué)計(jì)量氧化物來代替氧空位，很難復(fù)制。而他本身的非晶硅不需要嚴(yán)密的化學(xué)計(jì)量控制并且很容易復(fù)制。

Crossbar也將與一家制造運(yùn)營商合作批量生產(chǎn)RRAM芯片，也就是說主要的存儲器或閃存運(yùn)營制造商都還沒有決定跟風(fēng)RRAM技術(shù)。

旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻存儲器(STT-RAM)

這是第三個大眾認(rèn)可的后閃存技術(shù)，三星和東芝已經(jīng)積極活躍在該領(lǐng)域。

通常電流不能自旋極化，就像是把電子一半分成上自旋，一半分成下自旋一樣。這種現(xiàn)狀在通過一個厚磁性層分流后改變了，它的上自旋電子變得比下自旋電子多，反之亦然。

接近自旋極化的電流自旋方向從代表二進(jìn)制0，1的磁力方向移向磁元件。

自旋轉(zhuǎn)移技術(shù)，一個工作在該領(lǐng)域的公司叫MRAM。從2012年2月拿到0.36億美元初始資金，2014年10月，又增加了0.77億美金，兩輪投資總額就達(dá)到了1.06億美元。

2011年，三星吞并了一個叫做Gradis技術(shù)研發(fā)公司后也介入了STT-RAM研究。

現(xiàn)狀

此時顯然還沒有主要的閃存制造商只支持一種后閃存時代技術(shù)，在El Reg看來有兩個原因。

首先，沒有明顯的高端技術(shù)出現(xiàn)，PCM，RRAM，STT-RAM大致處于平等地位，在一些像Crossbar 和Spin-Transfer科技的企業(yè)把精力集中在他們自己的研究上時，閃存運(yùn)營制造商把post-nand技術(shù)放在了次要位置。

他們通過3D和TLC來提高NAND閃存密度，通過使用NVMe甚至flashDIMM接口來降低延遲。在接近2020年之前他們并不急于開發(fā)其他任何的產(chǎn)品。

該領(lǐng)域備受推崇的咨詢顧問，Jim Handy客觀分析說，“我預(yù)計(jì)2023年RRAM或者其它極具競爭力的技術(shù)將會取代閃存和動態(tài)存儲，如今根深蒂固的技術(shù)還會跟隨我們一段時間。

在那之前，其他所有想要取代DRAM和閃存的技術(shù)都不會是主流。

后閃存技術(shù)公司小眾并且資金不足。

到那時，閃存芯片會不斷升級，加一層一層的cells來增大容量，需要時用TLC提供一個額外的彈性容量。

現(xiàn)在任何系統(tǒng)軟件通常都不用考慮后閃存時代存儲器，研發(fā)公司可以慢慢來。