新興存儲器已經存在了數十年之久。盡管有些人發現嵌入式技術已經在商業層面取得了一定成功，但其仍然落后于離散存儲器所代表的高性價比解決方案。換言之，前者雖然具備更強大的性能、持久性、保留性或者更優秀的運轉功耗，但仍不足以彌合價格成本方面的差距。

當下，正是討論新興存儲器技術的最好時機。數十年以來，眾多廠商都在致力于取代DRAM及NAND閃存等現有存儲解決方案，并借此將老牌勁旅們趕下神壇。

但是，新興存儲器真能開辟一片全新的天地嗎？盡管摩爾定律正面臨著嚴峻挑戰，突破性研究也確實帶來了不少令人眼前一亮的全新專利，但DRAM與NAND技術本身也在不斷發展。換句話說，這些替代對象并沒有停下前進的腳步。而作為后起之秀的MRAM、ReRAM、FRAM以及PCRAM雖然在汽車、工業物聯網、邊緣計算、傳感器節點乃至AI與機器學習等全新場景中頗具熱度，但卻總是受到兩大致命短板的約束——可靠性與使用壽命。

實際上，下一代存儲器與傳統技術并無區別，都需要在特定的應用領域下討論其發展機遇。但是，為什么傳統技術能夠在規模較小的細分市場中仍然獲得了可觀的利潤率？因為傳統系統往往正是特定問題的最佳解決方案。

磁阻隨機存取存儲器（MRAM）最早誕生于上世紀八十年代，并被推廣為通用型存儲器。與其他存儲技術不同，MRAM將數據存儲為磁性元素，而非電荷或電流。在性能方面，由于使用充足的寫入電流，因此MRAM的表現與SRAM基本類似。但這種對供電能力的高度依賴，也阻礙了其在高寫入密度下與DRAM及閃存展開競爭的能力。

盡管Everspin等MRAM先驅已經在嵌入式應用的離散市場中取得了一定成功，甚至證明其足以滿足車載應用環境提出的嚴苛要求，但MRAM本身無疑仍是一種小眾性質的存儲器方案。

同樣地，電阻式隨機存取存儲器（ReRAM）尚未發展出可行的離散存儲器產品，甚至在嵌入式市場上的應用也仍然有限。最近被Dialog Semiconductor收購的Adesto Technologies是首批通過CBRAM技術向市場推出商用ReRAM器件的廠商之一。與傳統嵌入式閃存技術相比，ReRAM的主要優勢包括功耗更低、處理步驟更小且額定電壓更低等。此外，ReRAM還具備在太空及醫療場景下使正常工作的良好輻射耐受性。

過去二十年以來，已經有多家公司在開發ReRAM技術，但該方法仍在集成與可靠性等方面存在一定挑戰。與磁阻技術一樣，ReRAM供應商已經在開發嵌入式ReRAM器件方面取得一定進展，能夠分攤部分開發成本。Weebit Nano與研究合作伙伴Leti聯手，于2019年末宣布將加大對選擇器課題的攻堅力度，努力推動離解ReRAM獲得商業可行性。同時，他們還將繼續探索這種存儲器技術在神經形態與AI應用場景中的潛力。公司CEO Coby Hanoch此前曾在采訪中表示，Weebit目前仍是一家存儲器初創企業，需要首先從嵌入式產品中建立穩定的收入流，而后才可能在其他領域取得進步。

Weebit Nano公司的ReRAM技術使用兩個金屬層，中間則由氧化硅層隔開，因此能夠使用現有生產線及材料直接制造

Weebit公司ReRAM技術的主要競爭力，在于其能夠直接利用現有生產線及材料直接制造。

而作為尋求離散存儲技術新方向的另一股重要力量，則是鐵電存儲器（FRAM），其使用鐵電替代介電層以實現非易失性。雖然制造流程類似于DRAM，但FRAM的功能特性其實更接近于傳統閃存。

FRAM可以說是最成功的一類新興存儲器，而且已經在嵌入式應用場景中取得不錯的進展，亦有可能迎來更高的密度水平。經過約35年的發展，FRAM的非易失性與低功耗已經成為承載多種小眾利基應用方案的理想特性。

例如，Cypress_Infineon就提到面向汽車與工業 應用的Excelon FRAM，其低引腳數小尺寸封裝產品的存儲密度高達8 Mb。Excelon系列產品在設計層面專門考慮到了自動駕駛汽車提出的高速、非易失性數據記錄需求。此外，該產品也適用于醫療、可穿戴設備、物聯網傳感器、工業及其他高級汽車應用。憑借著功耗的顯著降低、強大的數據保留性以及輻射耐受性，FRAM開始成為EEPROM與NOR閃存的一類可行替代方案，足以在植入式醫療設備中提供長達十年的穩定存儲支持。

在其他領域，德國鐵電存儲器公司（FMC）預計未來將出現密度更高、商業可行性更強的存儲級內存存儲器。FMC方面正在探索氧化鉿的潛力，希望借此制造出更大的晶體管，從而以經濟高效的方式帶來密度更高的FRAM產品。

對于一種只面向小眾應用市場，但又希望成功替代DRAM與閃存的新興技術，達成目標的一項前提就是在規模制造流程中建立起強大的成本控制能力。一旦制造成本過高，那么無論是MRAM、ReRAM、FRAM還是PCRAM，都不足以單純依靠自身的特性優勢吸引到買家。事實上，就算是較之前平面產品擁有明確優勢的3D NAND，也需要經歷了不斷地發展之后才能在市場上真正站穩腳跟。

Optane的故事

由英特爾與美光公司共同開發的3D Xpoint相變存儲器（PCRAM）可能已經迎來了發展的臨界點，得以從“新興”正式轉向商用。PCRAM技術同樣擁有悠久的歷史，但直到最近十年，相關研究才正式轉向商業化。PCRAM是一種非易失性存儲器，利用硫屬化物晶體的獨特特性研發而成。到目前為止，真正獲得商業成功的只有英特爾的Optane。而且與3D NAND一樣，PCRAM也經歷了發展中的多個陣痛期。

但是，事實證明3D Xpoint的制造確實更具成本效益。此外，英特爾與美光的其他芯片制造商也能夠以3D Xpoint為基礎構建起多種產品。德國默克公司下轄子公司Intermolecular最近就公布了關于某種新型材料組合的研究，能夠建立起3D垂直形式的非易失性存儲器架構，這也意味著3D Xpoint技術已經迎來第二輪迭代。

英特爾公司目前提供的Optane主要用于生產DIMM與SSD，市場定位屬于存儲級內存。芯片巨頭似乎對于Optane只能在部分用例中（而非全部場景下）取代DRAM及閃存的現狀感到滿意。例如，Optane Persistent Memory 200系列以DIMM形式交付，能夠以225倍于主流SSD的速度代替NAND SSD支持實時分析類應用。

英特爾公司Optane解決方案總經理Christopher Tobias表示，SSD的一大優勢在于善于處理隨機輸入/輸出負載。那時候CPU的核心數量還比較有限，虛擬化技術也才剛剛起步。隨著多核心、虛擬化與軟件容器技術在云端的全面興起，如何在存儲端充分支持這些計算資源的運作就成了新的挑戰。

Tobias解釋道，隨著DRAM的發展趨近于極限，Optane有望給DRAM注入一波新的活力，并以DIMM格式服務于CPU。他解釋道，“我們一直在大規模生產Optane產品，它也切實滿足了市場上的部分關鍵需求。我們能夠隨時根據需求為這些虛擬核心補充內存容量，讓計算資源變得更加密集?！?/p>

Tobias指出，Optane的經濟性與效率水平已經足以在NAND SSD與DRAM之間為自己爭得一片生存空間。具體來講，Optane既能補充昂貴的DRAM容量，又可以滿足傳統SSD無法支持的嚴苛延遲要求。

Tobias還補充道，“大型云服務供應商顯然有必要填補這部分空白?！钡壳暗默F實障礙在于，必須在軟件及架構層面加以升級，才能充分利用Optane帶來的性能提升。

他強調稱，“將新的芯片技術推向市場是一項極為困難的工作，其中存在大量需要克服的挑戰，”例如擴大制造規模等。總之，從實驗室設計原型到制造生產線的過渡，總會耗費“巨量”資源。

這一方面要求企業擁有雄厚的財力，同時也依賴于大量經驗豐富的工程師。研究公司Omdia存儲器高級總監Michael Yang表示，另外，愿意做出長期承諾且具有耐心的資本同樣難以尋覓。除了英特爾之外，幾乎沒有哪家企業能夠獨立將一項新興存儲器技術推向終點。Yang指出，Optane“之所以能夠堅持到轉折點，也是因為市場需求已經客觀存在?！?/p>

這部分市場并不在于取代DRAM或閃存，而是在最適合的區域內使用替代性存儲器方案。Yang表示，英特爾Optane獲得的成功也給其他新興存儲器制造商帶來了寶貴的經驗：首先尋找具有明確利潤空間的技術市場，而非一味追求取代成熟的現有存儲技術。“不要奢望于取代DRAM或閃存技術，這個機會窗口早在幾年之前就已經永遠關閉了?！?/p>

大多數MRAM公司已經存在多年，而這些不再年輕的廠商始終未能在嵌入式市場之外取得任何有意義的進展——更遑論取代DRAM或者閃存了。

雖然宣稱能夠取代DRAM或閃存將帶來巨大的市場反響，但這種說法在工程角度來看根本不可能實現。Yang指出，大多數企業根本就不具備橫掃存儲器市場的潛質，但在嵌入式及低密度設備等細分市場中滋潤地活下去倒是沒有問題。因此，也許現在最重要的就是拋棄“新興”標簽，真正把產品做好。無論是MRAM、ReRAM還是FAM，在Yang看來都“只是存儲器而已。”

過去三年以來，Thomas Coughlin與Objective Analysis一直在合作跟蹤新興存儲器市場。Coughlin表示，嵌入式市場是各類新興存儲器技術的最佳發展空間。即使是獨立設備，在提出低功耗要求的同時，也會對設備的存儲密度做出適當妥協。他表示，“很多應用程序都能夠從低容量非易失性存儲器中獲得重大收益?！?/p>

DRAM與NOR閃存最終都可能遇到擴展限制。一旦FRAM、MRAM與ReRAM在市場上站穩腳跟，將很快在嵌入式應用領域迎來屬于自己的發展機遇。

不管名稱本身是否恰當，MRAM與ReRAM仍然代表著新興的存儲器形式。而在Coughlin看來，Optane的重要意義在于，英特爾借此證明了新興存儲器技術確實有可能邁過盈虧平衡點。他表示，客戶也開始意識到自己對于高速、廉價存儲器（例如DRAM）的迫切需求。從這個角度來看，新興存儲器“代表一種廉價的內存擴展方向，有望帶來成本更低的內存密集型應用方案?！?/p>

Yang還提到，雖然Optane可能擁有高達10億美元的總體價值，但其真正適合的也只有實時分析等少部分工作負載。在此之外，其他存儲器制造商完全可以把握住規模更小、但同樣足以支撐起健康業務的市場空間。

他總結道，“我們生活的絕不是非黑即白的二元世界。即使市場規模只有3000萬美元，也足以支撐起一家成功的企業。這只是成功這一概念的不同表現方式。”
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