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其他3种新兴的内存技术解决了大数据瓶颈
作者:澳门皇冠    来源:皇冠体育    2019-12-21 12:21

  无处不在的连接性使物联网(IoT)和云点菜式产品能够以真正类似于Tribble的速率生成数据。到2023年,由连接最多的系统创建的数据量预计将是2014年的10倍,其中一半以上来自端点IoT设备。

  传统的存储层次结构正在失去与时俱进的战斗。因此,现在是从业者和投资者熟悉新兴内存技术的时候了,这些内存技术旨在使更多信息更接近分析,AI和其他数据驱动的应用程序的处理。

  在本系列的第一部分中,我们讨论了三个最主要的竞争者:英特尔的Optane DC持久性存储技术,该技术弥合了DRAM和SSD之间的差距,磁阻RAM具有在边缘计算应用中表现出色的雄心,以及ReRAM,可能替换闪存。

  第二部分在此处,将纳米管RAM,相变存储器和铁电RAM添加到准备消除当今存储瓶颈的技术菜单中。

  Nanotube RAM:非易失性存储器,具有DRAM级的性能和惊人的数据保留能力。与DDR协议的兼容性意味着我们可能会看到配备NRAM的DIMM能够插入内存插槽。

  相变存储器:与当今的NAND闪存类似,相变存储器是非易失性的。具有更好的写入性能,出色的耐久性和更低的功耗的潜力。

  铁电RAM:尽管其密度低,但在数据持久性,低功耗和几乎无限的写耐久性优先的应用中,是SRAM的可行替代方案。

  由Nantero开发的NRAM由碳纳米管(CNT)存储器单元组成,这些存储器单元以具有竞争力的每比特价格提供DRAM级性能,诸如SSD中的NAND闪存之类的数据持久性,待机模式下的零功耗以及出色的保留能力。

  每个CNT单元由沉积在两个电极之间的数百个碳纳米管组成。在电极之间施加的开关电压迫使管子连接或断开,从而导致电阻变化,该电阻对应于1和0。分子力足以有效地维持这些状态,以使Nantero在300C时拥有300多年的数据保留能力。

  像DRAM(也称为内存类存储)一样快的持久性存储技术,在业务方面不乏不足。但是在今年的存储开发者大会上,Nantero的主要系统架构师Bill Gervasi让我们领略了NRAM的世界。

  “我们的碳纳米管存储器被实现为交叉点。然后,我们要做的就是获取这些交叉点我们将在其前面放置一个DDR4或DDR5 PHY。我们正在做的就是将DDR协议转换为我们的内部结构。”

  Gervasi还是JEDEC非易失性存储器委员会主席,他接着描述了使用与DDR要求兼容的技术(例如NRAM)替代DRAM的即插即用产品。这些新模块很快将为完全无存储的系统铺平道路。

  任何能够将应用程序装入主存储器的人都应该对存储器类存储的含义感到非常兴奋,特别是因为提出的NVRAM标准增强了DDR5协议以支持每个设备128Tb(或16TB)。每个DIMM插槽要在内存中进行大量NRAM运算。

  在本系列的第一部分中,我们介绍了Intel的Optane DC永久内存。但是我们没有确定Optane的基础技术,因为坦率地说,它的秘密所在受到英特尔的密切保护。话虽如此,两年的行业分析表明,Optane是一种相变存储器(PCM)。而且由于Optane已经开始产生收入,因此很可能其他PCM实现方案可以在2029年将新兴的内存市场纳入考虑,其价值将高达200亿美元。

  相变技术利用了硫族化物玻璃的新颖特性。短暂施加高温并让玻璃冷却,会使其处于具有高电阻的非晶态。将其加热到较低的温度,但持续更多的时间,会使合金回到电阻低的结晶状态。

  与闪存相比,PCM提供了更好的写入性能。该技术还应提供更高的耐用性,更低的功耗和更快的访问时间,这些都是为需要大量数据的计算引擎提供的所有理想属性。

  在2019年闪存峰会上的演讲中,MKW Ventures Consulting的Mark Webb预测,英特尔之外的公司提出的基于PCM的芯片将在2020年出现。IBM,美光,三星,意法半导体和Western Digital也是该领域的参与者。英特尔可以优化其处理器和体系结构,以最大程度地从Optane的功能中受益,因此,在即将到来的交火中,它享有巨大优势。但是,简化PCM技术还有很多工作要做,这可能会加剧竞争。

  阿布塞巴斯蒂安(Abu Sebastian)和他在IBM Research的团队正在探索仅使用一种化学元素-锑来制造更小,更致密,更高效的PCM。尽管他们仍在努力使材料在室温下不会快速结晶,但研究人员认为他们可以增加其保留时间。如果他们成功了,那么确保材料的一致性会变得更加容易,从而有可能提高耐久性。

  由两部分组成的系列中的所有存储技术都是非易失性的。但是,尽管其他方法提供了创新的方法来使大量持久性数据更接近计算资源,但铁电RAM(FRAM)仅在密度高达8MB的情况下可用。换句话说,您不会很快看到它位于服务器CPU的侧面。

  尽管如此,FRAM在持久性,基本上无限制的写入耐力和非常低的功耗比成本或容量优先的应用中确实可以发挥作用。赛普拉斯半导体公司和富士通,FRAM在大批量应用方面合作,并引用了智能电表,汽车信息娱乐系统,可穿戴电子设备和车辆数据记录器等技术领域中的佼佼者。

  像DRAM一样,FRAM基于一个晶体管,一个电容器的存储单元设计。但是FRAM独特地使用具有铁电特性的材料作为其电容器电介质。电介质的每个分子在中间都带有一个带正电的离子,具有两个相等的低能态,可以通过在一个方向或另一个方向上施加电场来设置该状态。当电源关闭并断开电压时,这些状态保持不变。

  但是由于存储单元电容器需要保持足够的电荷以用于检测放大器以检测1和0,因此FRAM单元很大。几家公司正在探索具有更好扩展前景的传统FRAM的替代方法。例如,FMC正在使用氧化ha(已经是标准高k金属栅晶体管中的栅绝缘体)对其进行改性,以赋予材料铁电性能。

  业界仍在努力完善这种所谓的FeFET,但其扩大铁电存储技术范围的潜力正在扭转。如果可以将任何逻辑晶体管变成存储单元,则与嵌入式闪存或竞争性非易失性存储技术相比,FeFET可能最终具有更高的性能,更低的功耗并且更易于制造。将FeFET放在物联网应用,消费类电子产品和汽车存储的雷达上。该技术固有的防篡改功能非常适合增强卡芯片上的数据安全性,而辐射硬度可满足医疗和航空航天环境的严苛要求。

  DRAM和闪存无法跟上正在生成的大量数据的速度。每家公司似乎都有一个直观的存储层次结构表示,两种技术之间存在一定的差距。而且问题只会变得更糟。

  分析师Mark Webb认为,DRAM将在未来五年内继续扩展。但是,它的速度正在放缓,而DRAM易失的事实为数据丢失打开了大门。至少NAND存储器具有持久性。但是随着闪光灯的缩放,耐用性和性能会受到打击。所以说真的,两种技术都不是理想的。

  作为响应,业界在寻求一种通用存储器方面取得了进步,该存储器能够提供DRAM级的性能,数据持久性,无限的耐用性以及比NAND更低的每位成本。敬请关注。

  尽管我们讨论的新兴记忆都没有勾选所有这些框,但将它们组合在一起将使大数据保持畅通。随着数据处理需求的增长,请密切注意诸如存储类内存和内存类存储之类的术语。这些都是对新兴存储器进行分类的保护伞,从而增加了DRAM和NAND闪存。

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