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(shù)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(shù)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(lǐng)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(shù)是非易失性存儲器領(lǐng)域的一種新技術(shù)，可以彌補DRAM和Flash的不足。Sylvain Dubois介紹，“ReRAM技術(shù)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(gòu)，工藝節(jié)點可以演進到小于10nm；在結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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?shù)絻?nèi)部緩存，再進行數(shù)據(jù)處理，而有了ReRAM存儲技術(shù)，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(shù)是非易失存儲器技術(shù)，可以工作在極低能耗條件下，甚至關(guān)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(shù)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(shù)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(guān)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(guān)于ReRAM技術(shù)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(shù)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。”
IP授權(quán)模式，爭做存儲領(lǐng)域的arm
采用ReRAM技術(shù)的客戶一般分為兩種，一種是需要配合ReRAM技術(shù)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(quán)的模式，ReRAM技術(shù)可以看作存儲領(lǐng)域的IP架構(gòu)，對于設計能力強的公司需要授權(quán)就給予授權(quán)，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。”
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(shù)因為兼容CMOS技術(shù)，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(shù)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(lǐng)域的“arm”。而且做IP授權(quán)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(shù)領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的突破，ReRAM技術(shù)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(lǐng)域。”
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