存储器需要一场新的技术革命

存储器主导着许多SoC，我们很少听说某个设计包含太多的存储器。然而，存储器消耗了大部分的系统功耗，虽然这对于许多系统可能不是关键问题，但是对于物联网（IoT）边缘设备而言，总功耗是非常重要的。

几乎所有系统的存储需求都在变化。虽然新的存储器和存储器架构已经筹划了很长时间，但仍未被广泛采用。然而，许多业内人士认为临界点已然将近。

过去50年中，SRAM和DRAM已经成为存储器层次结构的主力，FLASH最近几年也在加入了“战场”。所有这些存储结构在往较小的几何结构缩放的过程中都存在问题，部分是因为它们都是平面结构。新的基于电阻开关的存储技术是金属层结构，消除了许多制造问题。因此，尽管我们今天可能不愿意采用它们，但它们可能是适合未来几代产品的唯一的存储技术。

引人注目的新存储器包括：相变存储器（PCM）、铁电存储器（FeRAM）、磁阻RAM（MRAM）、电阻RAM（RRAM或 ReRAM）、自旋转移力矩RAM（STT-RAM）、导电桥RAM（CBRAM）、氧化物电阻存储器（OxRAM）。

Rambus公司的杰出发明家和营销方案副总裁Steven Woo说：“经典存储架构中有一个需要填补的空白。这些新型存储器中有一两种会生存下来，可能是3D XPoint（英特尔和镁光公司研发的PCM）、ReRAM、MRAM，也可能是其他的存储器，我不知道。关键问题是哪种会脱颖而出。但这主要由在给定性能参数范围内的数据输入输出确定。”

与性能直接相关的是功耗。 Adesto首席技术官Gideon Intrater说：“在给定功耗下的性能是一个非常重要的因素。在不同的应用中，存储器的用途非常不同，而且需求也是变化的。没有一个解决方案可以解决所有问题。”

那么，存储器子系统消耗了多少能量？ Sonics的首席技术官Drew Wingard说：“我们对于特定应用芯片的统计数据已经搜集完成，得到了计算系统的数据，即各个系统占功耗的百分比。这些数字往往包括内存子系统。当你一层层剥开其神秘面纱后，你会看到许多架构的存储器功耗，存储器功耗大约占总功耗的1/3至1/2。”

功耗和非易失性是FLASH存储器吸引人的因素。Synopsys公司IP部门高级产品营销经理Faisal Goriawalla说：“许多物联网设备依赖能量采集器，所以客户关注的是总功耗。设想一下，RFID标签。这些无源标签用于销售终端，不是用电池供电，而是从读取器的RF场获取能量，因此功率约束非常严格。”

物联网设备的另一个驱动力是成本。Cadence公司存储器和存储接口产品营销部门总监Lou Ternullo表示：“如果把存储器放在芯片上，就会删除引脚，降低了系统的成本。另一方面是硅面积增加。这是典型的SRAM。但是，如果需要嵌入式Flash，则需要一个特殊过程，成本十分昂贵。如果把所有的存储器都放在芯片裸片上，就会降低材料成本。如果需要放置比芯片裸片适合的更高的密度，那么就必须离开芯片。”

计算总能量

存储器消耗的总能量有几个部分，所有都要仔细考虑。它们是：

• 存储单元维护功率；

• 读、写和擦除功率；

• 接口功率；

• 架构的优化。

不同的应用可以用不同的方式平衡这些因素以及其它特性，例如持久性和性能。