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在人工智能的認(rèn)知系統(tǒng)里，最重要部分就是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)讓機(jī)器盡可能像人一樣去思考，而機(jī)器的世界里只有 0 和 1，這就需要海量數(shù)據(jù)來幫助機(jī)器進(jìn)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(chǔ)解決方案不僅無法滿足高速計(jì)算的需求，而且難以負(fù)擔(dān)得起數(shù)據(jù)長期保留產(chǎn)生的費(fèi)用，這促使很多企業(yè)開始尋求新的存儲(chǔ)解決方案。
縱觀 2017 年的存儲(chǔ)市場，全年規(guī)模達(dá)到 950 億美金，供應(yīng)不足的局面推動(dòng)存儲(chǔ)芯片收入增長 64%，三星也因此在 2017 年的半導(dǎo)體市場首次超越英特爾登上第一的寶座，可見存儲(chǔ)的市場地位越來越重要，幾乎全球的存儲(chǔ)廠商都在研發(fā)小體積、大存儲(chǔ)、低功耗的存儲(chǔ)設(shè)備，從而滿足人工智能時(shí)代的存儲(chǔ)需求。最近與非網(wǎng)記者采訪了 ReRAM 存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)明公司 Crossbar，其戰(zhàn)略營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 Sylvain Dubois 向記者介紹了 Crossbar 的最新發(fā)展動(dòng)向。
Crossbar 戰(zhàn)略營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 Sylvain Dubois
ReRAM：200W 的擦寫速度顛覆當(dāng)前的存儲(chǔ)方式
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，手機(jī)和電腦用戶在購買產(chǎn)品之前，一定為存儲(chǔ)空間大小和價(jià)格而糾結(jié)過，幾乎所有的電子產(chǎn)品都是存儲(chǔ)空間越大價(jià)格越貴，這就致使用戶很難實(shí)現(xiàn)大存儲(chǔ)、低總價(jià)的預(yù)算目標(biāo)。在人工智能的深度學(xué)習(xí)和推理過程中，存儲(chǔ)器的擦寫速度決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)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(chǔ)器領(lǐng)域的一種新技術(shù)，可以彌補(bǔ) 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(dǎo)電細(xì)絲的宿主，當(dāng)電壓作用于兩個(gè)電極之間時(shí)，就會(huì)形成納米級導(dǎo)電細(xì)絲。金屬導(dǎo)電細(xì)絲的優(yōu)勢在于密度高、交叉線結(jié)構(gòu)，工藝節(jié)點(diǎn)可以演進(jìn)到小于 10nm；在結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)行 3D 堆疊，從而在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)多個(gè) TB 級的存儲(chǔ)能力。”
ReRAM 技術(shù)與 CMOS 兼容，因此使得即便在最先進(jìn)的工藝制程上，邏輯電路和存儲(chǔ)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(chǔ)器，從而增加 CPU 內(nèi)部的存儲(chǔ)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(chǔ)模式，CPU 需要外掛存儲(chǔ)器，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，CPU 要先將外部數(shù)據(jù)傳輸到內(nèi)部緩存，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而有了 ReRAM 存儲(chǔ)技術(shù)，CPU 的內(nèi)部存儲(chǔ)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(jìn)行分析，不受總線寬度的約束，因?yàn)閿?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(chǔ)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(dú)立閃存低 100 倍。
Sylvain Dubois 指出，“ReRM 存儲(chǔ)技術(shù)可以在單芯片上實(shí)現(xiàn)太字節(jié)（terabyte）存儲(chǔ)，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(dá)到 200W 的擦寫速度，而且 ReRAM 技術(shù)無需糾錯(cuò)，Crossbar 可以和客戶一起開發(fā)產(chǎn)品，擦寫速度可以實(shí)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(huì)大幅度下降，普通人從電腦和手機(jī)的使用過程中可以得到深刻體驗(yàn)，因此，存儲(chǔ)器在高溫下的穩(wěn)定性關(guān)乎數(shù)據(jù)中心運(yùn)營穩(wěn)定，以及人工智能算法能否按時(shí)完成計(jì)算。關(guān)于 ReRAM 技術(shù)的穩(wěn)定性，Sylvain Dubois 做出了解釋，“因?yàn)樽枳兪睫D(zhuǎn)換的機(jī)理是基于電場的，ReRAM 存儲(chǔ)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(dá)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?！?/p>
IP 授權(quán)模式，爭做存儲(chǔ)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(chǔ)空間的 SoC 廠商，另一種是獨(dú)立設(shè)計(jì)存儲(chǔ)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(chǔ)領(lǐng)域的 IP 架構(gòu)，對于設(shè)計(jì)能力強(qiáng)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(shè)計(jì)產(chǎn)品，可以合作開發(fā)產(chǎn)品?！?/p>
CMOS 和存儲(chǔ)器代工廠分為兩種，一種是專門針對存儲(chǔ)器的代工廠，如：東芝、三星、長江存儲(chǔ)；一種是 CMOS 代工廠，如：臺(tái)積電、中芯國際。而 ReRAM 技術(shù)因?yàn)榧嫒?CMOS 技術(shù)，因此可以采用兩種代工廠進(jìn)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(yù)計(jì)會(huì)在 2018 年中期實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同時(shí)在 28nm、14nm，以及 10nm 以下的工藝制程上也在進(jìn)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?！?/p>
筆者認(rèn)為，如果 ReRAM 技術(shù)得到廣泛采用，電腦和手機(jī)等消費(fèi)電子的性價(jià)比可以極大地提高，Crossbar 公司有望成為存儲(chǔ)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(chǔ)器設(shè)計(jì)公司以及 SoC 廠商都是合作伙伴，而非競爭對手，因此進(jìn)入市場更加容易。
采訪最后，記者也要求 Sylvain Dubois 評價(jià)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(dá)到 310，通過 160 個(gè)。未來希望和更多客戶進(jìn)行合作，在存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的突破，ReRAM 技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于人工智能、IoT、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算、消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域?！?/p>
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