讓存儲(chǔ)芯片容量提高1000倍，超級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)要來(lái)了？

近日，韓國(guó)技術(shù)信息部宣布，該國(guó)UNIST 能源與化學(xué)工程學(xué)院李俊熙教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，提出了一種新的物理現(xiàn)象，利用FRAM（鐵電體存儲(chǔ)器）技術(shù)，可以替代當(dāng)前主流的DRAM或NAND閃存，有望將指甲大小的存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)容量提高 1000 倍。

據(jù)李俊熙表示，F(xiàn)RAM技術(shù)是通過(guò)極化現(xiàn)象來(lái)存儲(chǔ)信息的，其中電偶極子（如鐵電內(nèi)部的 NS 磁場(chǎng)）被外部電場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)向鐵電體物質(zhì)氧化鉿（HfO2）中施加3－4V的電壓，可以讓原子之間的力量斷裂，每個(gè)原子都可以自由移動(dòng)，從而可以控制四個(gè)單獨(dú)的原子來(lái)存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)。而現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)研究顯示，最多只能在數(shù)千個(gè)原子的組中存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)。對(duì)比之下可發(fā)現(xiàn)，通過(guò)FRAM技術(shù)可以讓半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量達(dá)到500 Tbit ／ cm2，是當(dāng)前可用閃存芯片的1000倍。理論上來(lái)說(shuō)，還可將線幅縮小至0．5納米。

FRAM技術(shù)并不遙遠(yuǎn)

2020年7月2日，《科學(xué)》雜志已經(jīng)刊載了這項(xiàng)革命性研究。

據(jù)李準(zhǔn)熙教授表示：“在原子中儲(chǔ)存信息的技術(shù)，在不分裂原子的情況下成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)終極儲(chǔ)存技術(shù)的幾率很高?！彪m然還處在實(shí)驗(yàn)室階段，但這項(xiàng)研究也普遍被業(yè)界看好，最大的原因在于FRAM是當(dāng)前已經(jīng)存在的半導(dǎo)體材料，被認(rèn)為商用化的可能性非常高。

那么FRAM到底是什么？資料顯示，F(xiàn)RAM是“baiferromagnetic random access memory”的英文縮寫，即“鐵電體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器”。

FRAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的原理是利用鐵電晶體的鐵電效應(yīng)，“鐵電效應(yīng)”指，在鐵電晶體上施加一定的電場(chǎng)時(shí)，晶體中心原子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)電場(chǎng)從晶體移走后，中心原子會(huì)保持在原來(lái)的位置。

由于晶體的中間層是一個(gè)高能階，中心原子在沒(méi)有獲得外部能量時(shí)不能越過(guò)高能階到達(dá)另一穩(wěn)定位置，因此FRAM保持?jǐn)?shù)據(jù)不需要電壓，也不需要像DRAM一樣周期性刷新。此外，F(xiàn)RAM存儲(chǔ)器的一大優(yōu)勢(shì)在于其內(nèi)容不會(huì)受外界條件（比如磁場(chǎng)等因素）的影響，因?yàn)椤拌F電效應(yīng)”是鐵電晶體固有的一種偏振極化特性，與電磁作用無(wú)關(guān)，因此FRAM存儲(chǔ)器也具有非易失性的存儲(chǔ)特性，同樣具有非易失性的存儲(chǔ)還包括：1、可編程只讀內(nèi)存PROM；2、電可擦可編程只讀內(nèi)存EEPROM；3、可擦可編程只讀內(nèi)存EPROM；4、電可改寫只讀內(nèi)存EAROM；5、閃存Flash memory。

圖片源自O(shè)Fweek維科網(wǎng)

超級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用

隨著市場(chǎng)需求的增加，用戶也對(duì)企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的訪問(wèn)性能、存儲(chǔ)協(xié)議、管理平臺(tái)、存儲(chǔ)介質(zhì)以及其他各種應(yīng)用配置提出了更高的要求。尤其是以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)為主要業(yè)務(wù)的企業(yè)，在存儲(chǔ)芯片、設(shè)備、系統(tǒng)等方面迎來(lái)更多的選擇。

值此背景下，超級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，區(qū)別于傳統(tǒng)的閃存或動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，超級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)更多的被用在移動(dòng)計(jì)算、航天航空、軍事應(yīng)用、企業(yè)系統(tǒng)、汽車行業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)市場(chǎng)等。使用超級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備最普通的也有望達(dá)到T級(jí)別的數(shù)據(jù)容量，或許能容納數(shù)百部電影或數(shù)百萬(wàn)首音樂(lè)。

當(dāng)然，超級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)也并非只是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)擴(kuò)容，還涉及到存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)容災(zāi)、虛擬化、數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)安全（加密）、數(shù)據(jù)壓縮、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、自動(dòng)精簡(jiǎn)配置等功能特性，這些功能的完善和優(yōu)化都需要占用不少能耗資源，如何在滿足超大存儲(chǔ)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低功耗、多功能等存儲(chǔ)產(chǎn)品研發(fā)，也是接下來(lái)存儲(chǔ)行業(yè)的重要發(fā)展方向。