非挥发性电阻式内存(ReRAM)开发商CrossbarInc.利用非导电的银离子-非晶硅(a-Si)为基板材料，并透过电场转换机制，开发出号称比NAND闪存更快千倍速度的ReRAM组件，同时就像先前在2016年所承诺地如期实现量产。

根据Crossbar策略营销与业务发展副总裁SylvainDubois表示，专为嵌入式非挥发性内存(eNVM)应用而打造的CrossbarReRAM提供了更高性能，密度比DRAM更高40倍，耐久度与写入速度更高1，000倍，单芯片尺寸约200mm2左右，即可实现高达terabyte(TB)级的储存，并具有结构简单与易于制造等优点。

该ReRAM组件目前正由其合作伙伴中芯国际(SMIC)进行生产，SMIC最近已宣布为客户出样40nmCMOS工艺的ReRAM芯片。除了量产40nmReRAM，预计不久也将实现28nmCMOS的生产。Dubois预期这一时间大约就在2017年的上半年，但他并未透露是否仍沿用SMIC还是其他代工厂为其生产28nmCMOS。

Crossbar成立于2010年，迄今已筹措超过8，000万美元的资金，包括获得来自中国创投公司NorthernLightVentureCapital的支持。该公司目前正寻求透过知识财产权(IP)的授权业务模式。

Crossbar是目前竞相投入开发非挥发性内存(NVM)技术的多家公司之一;NVM技术可望用于取代闪存，并可微缩至28nm以及更先进工艺。尤其是在相变内存无法成功用于商用市场后，ReRAM已被业界视为一种更可能取得成功的备选技术。不过，ReRAM技术也有多种版本，在许多情况下，可能无法完全深入了解在其切换和失效模式背后的原理。有些人甚至指出磁性内存(MRAM)可能会是在28nm节点胜出的非挥发性内存。

另一种竞争技术是基于碳纳米管(CNT)薄层的非挥发性内存，由NanteroInc.所提供。该公司已将其CNTRAM技术授权给无晶圆厂芯片公司——富士通半导体(FujitsuSemiconductor)，用于其55nm及其后的40nm先进工艺中。

“有些应用需要16Mbit或更高位的内存，有些则不需要。我们正致力于处理更大的宏，但也让客户开发自家的ReRAM宏，”Dubois说。

ReRAM已经明显表现出优于闪存的优点了，包括20奈秒(ns)的读取延迟以及12ns的写入延迟，相形之下，闪存还存在几毫秒的延迟。Dubois解释，“我们的技术并不存在区段擦除(blockerase)，因而能够重新写入单个字节。”至于其耐久性，Dubois强调，Crossbar可确保达到100k次的读写周期。他说：“对于这些应用，100k是一般锁定的目标，但我们持续使其推向更高的稳定度。”

CrossbarReRAM内建选择特性，能使内存单元在1T1R数组中实现超低延迟的读取，或在1TnR数组中实现最佳面积效率(4F2单元)

Crossbar目前正推动双轨业务策略，一方面针对嵌入式非挥发性应用研发ReRAM，另一方面则作为高容量独立型内存的技术开发者。尽管Crossbar在2016年闪存高峰会(FlashMemorySummit)与2017年国际消费性电子展(CES)上仍以选用组件展示其进行交*点数组的能力，但以技术成熟度来看，嵌入式非挥发性内存大约超前一年以上。

Crossbar并声称具备为其密集交*点内存数组进行3D堆栈的能力，使其得以微缩至10nm以下，并为每单元储存多个位，从而在单一芯片上实现高达TB级的高容量非挥发性内存。

Dubois表示，Crossbar正与一家或多家公司合作，共同创造高容量的分离式ReRAM组件，同时也将采用授权业务模式。但他并未透露是哪几家合作伙伴或获授权的业者。

然而，Crossbar强调，未来将会以自家公司品牌开发独立的内存，以便在编码储存取代NOR闪存，以及在数据储存方面取代NAND闪存。“为了进军这一市场，必须与其他业者合作，形成强大的策略联盟，”Dubois表示，“我们的目标是成为内存产业的ARM!”

Dubois指出，Crossbar的客户尚未商用化量产其嵌入ReRAM的IC，而今在从SMIC取得样片后，预计后续的发展将会加速。“对于公司和市场来说，目前正是关键的阶段。我们必须证明其可靠性。”

ReRAM

ReRAM代表电阻式RAM，将DRAM的读写速度与SSD的非易失性结合于一身。换句话说，关闭电源后存储器仍能记住数据。如果ReRAM有足够大的空间，一台配备ReRAM的PC将不需要载入时间。ReRAM基于忆阻器原理，致力于商业化ReRAM的企业包括惠普、Elpida、索尼、松下、美光、海力士等等。

日本富士通的川崎实验室透露,他们研发出了一种新型的非挥发ReRAM(电阻式记忆体),能提供更低的功耗.

包含钛镍氧化物结构的ReRAM,在刷写时只需要100mA的电流甚至更少,相比传统ReRAM,研究人员还降低了90%的波动电阻值,这一技术指标在反复高速写入和擦除时会影响产品质量和寿命.

新的技术可以更快地完成存取,5毫秒内存取10000次.

这种ReRAM未来可以替代目前的FlashRAM,并且成本较低,表现也非常突出.

日本Elpida公司,夏普公司和东京大学于2010年10月宣布共同开发次世代的ReRAM存储器,并希望在2013年量产实用化。

这种新型的存储器消费电流更低,比现有的手机采用的NAND型存储速度快约1万倍。实用化后，将提高手机下载高画质动画速度，并且消耗更低的电量，从而可以延长手机的使用时间。

ReRAM由夏普公司研究材料技术和制造方法，Elpida公司提供存储器的加工组合技术，东京大学等学术研究机构提供技术上的支持。

基础电子学教科书列出三个基本的被动电路元件：电阻器、电容器和电感器；电路的四大基本变量则是电流、电压、电荷和磁通量。任教于加州大学伯克利分校，并且是新竹交通大学电子工程系荣誉教授的蔡少堂（Leon Chua），37年前就预测有第四个元件的存在，即忆阻器（memristor），实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器。

惠普公司实验室的研究人员最近证明忆阻器的确存在，研究论文在5月1日的《自然》期刊上发表。加州大学伯克利分校电机工程和计算机科学系教授蔡少棠，1971年发表《忆阻器：下落不明的电路元件》论文，提供了忆阻器的原始理论架构，推测电路有天然的记忆能力，即使电力中断亦然。惠普实验室的论文则以《寻获下落不明的忆阻器》为标题，呼应前人的主张。蔡少棠接受电话访问时表示，当年他提出论文后，数十年来不曾继续钻研，所以当惠普实验室人员几个月前和他联系时，他吃了一惊。

忆阻器可使手机将来使用数周或更久而不需充电；使个人电脑开机后立即启动；笔记型电脑在电池耗尽之后很久仍记忆上次使用的信息。忆阻器也将挑战掌上电子装置目前普遍使用的闪存，因为它具有关闭电源后仍记忆数据的能力。利用惠普公司这项新发现制成的晶片，将比今日的闪存更快记忆信息，消耗更少电力，占用更少空间。忆阻器跟人脑运作方式颇为类似，惠普说或许有天，电脑系统能利用忆阻器，像人类那样将某种模式（patterns）记忆与关联。

NAND闪存

NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储设备，在不超过4GB的低容量应用中表现得犹为明显。随着人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品，NAND被证明极具吸引力。NAND闪存是一种非易失性存储技术，即断电后仍能保存数据。它的发展目标就是降低每比特存储成本、提高存储容量。

基本介绍

工作原理

闪存结合了EPROM的高密度和EEPROM结构的变通性的优点。

EPROM是指其中的内容可以通过特殊手段擦去，然后重新写入。其基本单元电路如下图所示。常采用浮空栅雪崩注入式MOS电路，简称为FAMOS。它与MOS电路相似，是在N型基片上生长出两个高浓度的P型区，通过欧姆接触分别引出源极S和漏极D。在源极和漏极之间有一个多晶硅栅极浮空在 绝缘层中，与四周无直接电气联接。这种电路以浮空栅极是否带电来表示存1或者0，浮空栅极带电后（例如负电荷），就在其下面，源极和漏极之间感应出正的导电沟道，使MOS管导通，即表示存入0.若浮空栅极不带电，则不能形成导电沟道，MOS管不导通，即存入1。

EEPROM基本存储单元电路的工作原理如图2.2所示。与EPROM相似，它是在EPROM基本单元电路的浮空栅极的上面再生成一个浮空栅，前者称为第一级浮空栅，后者称为第二级浮空栅。可给第二级浮空栅引出一个电极，使第二级浮空栅极接某一电压VG。若VG为正电压，第一浮空栅极与漏极之间产生隧道效应，使电子注入第一浮空栅极，即编程写入。若使VG为负电压，强使第一浮空栅极的电子散失，即擦除。擦除后可重新写入。

闪存的基本单元电路与EEPROM类似，也是由双层浮空栅MOS管组成。但是第一层栅介质很薄，作为隧道氧化层。写入方法与EEPROM相同，在第二级浮空栅加正电压，使电子进入第一级浮空栅。读出方法与EPROM相同。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与漏极之间的隧道效应，将注入到浮空栅的负电荷吸引到源极。由于利用源极加正电压擦除，因此各单元的源极联在一起，这样，擦除不能按字节擦除，而是全片或者分块擦除。随着半导体技术的改进，闪存也实现了单晶体管设计，主要就是在原有的晶体管上加入浮空栅和选择栅，

NAND闪存阵列分为一系列128kB的区块(block)，这些区块是NAND器件中最小的可擦除实体。擦除一个区块就是把所有的位(bit)设置为“1”(而所有字节(byte)设置为FFh)。有必要通过编程，将已擦除的位从“1”变为“0”。最小的编程实体是字节(byte)。一些NOR闪存能同时执行读写操作(见下图1)。虽然NAND不能同时执行读写操作，它可以采用称为“映射(shadowing)”的方法，在系统级实现这一点。这种方法在个人电脑上已经沿用多年，即将BIOS从速率较低的ROM加载到速率较高的RAM上。

传输速率

NAND闪存卡的读取速度远大于写入速度。

当芯片磨损，抹除与程序的操作速度会降到相当慢。传递多个小型文件时，若是每个文件长度均小于闪存芯片所定义的区块大小时，就可能导致很低的传输速率。访问的迟滞也会影响性能，但还是比硬盘的迟滞影响小。

闪存控制器的质量也是影响性能的因素之一。即使闪存只有在制造时做缩小晶粒(die-shrink)的改变，但如果欠缺合适的控制器，就可能引起速度的降级。

不同种类、不同工艺、不同技术水平的NAND闪存在读写速率上存在差异。同时，闪存产品的读写性能也与读写方式有关。一般闪存的数据接口为8位或者16位，其中8位较为常见。如果产品支持多通道并行读写，那么就会有更高的速度。

优势

NAND的效率较高，是因为NAND串中没有金属触点。NAND闪存单元的大小比NOR要小(4F2：10F2)的原因，是NOR的每一个单元都需要独立的金属触点。NAND与硬盘驱动器类似，基于扇区(页)，适合于存储连续的数据，如图片、音频或个人电脑数据。虽然通过把数据映射到RAM上，能在系统级实现随机存取，但是，这样做需要额外的RAM存储空间。此外，跟硬盘一样，NAND器件存在坏的扇区，需要纠错码(ECC)来维持数据的完整性。

存储单元面积越小，裸片的面积也就越小。在这种情况下，NAND就能够为当今的低成本消费市场提供存储容量更大的闪存产品。NAND闪存用于几乎所有可擦除的存储卡。NAND的复用接口为所有最新的器件和密度都提供了一种相似的引脚输出。这种引脚输出使得设计工程师无须改变电路板的硬件设计，就能从更小的密度移植到更大密度的设计上。

NAND工作原理

与磁性的HDD不同，NAND必须处于数据可以被写入的状态，没有HDD所具有的“位写入”（write-in-place）功能。如果数据已经被写在NAND上，那么该数据必须被擦除NAND才能接受新的数据。擦除是一个破环薄层材质的过程。

NAND机构的简单解释起到了对此稍做澄清的作用，虽然这仍然令人困惑。

NAND记忆体实质上由被称为页（page）和区块（block）的两类结构组成。每页最常见是4/2 KB（可以是其它大小，但这是最常见的），代表一个读取和写入单元。多个页组成32/128 KB或者128/512 KB的区块。NAND读取和写入是在页的级别上被执行的。相反，擦除是在区块级别上被执行的。

中芯国际

中芯国际集成电路制造有限公司（“中芯国际”，纽交所代号：SMI，港交所股份代号：981），是世界领先的集成电路芯片代工企业之一，也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业。主要业务是根据客户本身或第三者的集成电路设计为客户制造集成电路芯片。中芯国际是纯商业性集成电路代工厂，提供 0.35微米到28纳米制程工艺设计和制造服务。荣获《半导体国际》杂志颁发的"2003年度最佳半导体厂"奖项。

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