自閃存以來最令人興奮的適合內(nèi)存市場的技術可以追溯到 Alan Turing 的早期計算技術。

嵌入式計算技術的故鄉(xiāng)之一就是我自己的家鄉(xiāng)英國萊奇沃斯花園城，這是一個微不足道的論點——因為正是在這里制造了世界著名的 Enigma 密碼破解機器，其設計時間遠遠超過著名）布萊切利公園。據(jù)說對 Enigma 的密碼分析將第二次世界大戰(zhàn)縮短了兩到四年，并將其實現(xiàn)為物理設備是艾倫·圖靈的杰作。由于他的工作，他被廣泛認為是理論計算機科學之父。

在這個剛剛起步的計算階段，在我們可以真正將其標記為“電子”的技術之前，圖靈的早期“計算機”通常實現(xiàn)了一種按照今天的標準來說已經(jīng)過時的內(nèi)存形式。盡管在幾十年前，圖靈的記憶似乎為記憶技術的下一次革命——聲學延遲線記憶——奠定了基礎。這巧妙地利用了通過換能器產(chǎn)生的縱波，通過管中精心挑選的液體發(fā)送，然后由第二個換能器轉換回電能。

邏輯很容易理解。聲速在液體中以可測量的速度減慢，確定了溫度和粘度的關鍵變量，每個降低聲速的值較低。至于液體，最初使用汞是因為它與壓電石英晶體的聲阻抗匹配幾乎相同，盡管嘗試了用昂貴且有毒的汞代替粘度不同的油的管變體；低粘度液體有助于提高數(shù)據(jù)吞吐量，但速度較慢，而高粘度液體則相反。盡管“易失性存儲器”一詞從未如此恰當（圖 1），但存儲設備在功能上與當今的 FIFO（先進先出）存儲器相同。

圖 1. Mercury 延遲線存儲器

雖然這項技術得到了驗證，但基于液體的存儲器總是注定要失敗，環(huán)境屬性對其可靠性產(chǎn)生如此深遠的影響。為解決此問題進行了一些嘗試，包括根據(jù)環(huán)境溫度動態(tài)調(diào)整時鐘頻率，以消除其對液體聲阻抗的影響——但需要進行更根本的改變。

到 1950 年代后期，延遲線存儲器從液體遷移到采用固體金屬內(nèi)核。一種成功的衍生產(chǎn)品使用了一根 95 英尺長的特殊鎳鐵鈦線圈，它能夠以 1 MHz 的時鐘頻率在任何時間存儲 9，800 位數(shù)據(jù)。今天，這項技術被廣泛稱為“賽道”內(nèi)存——在圖 2 中的早期實施示例中很容易看出原因。

圖 2. 扭線延遲線

那些開發(fā)計算機存儲器的人后來將注意力轉移到追求有前途的鐵氧體磁化領域，這推動了非常成功的機電磁性硬盤驅動器的發(fā)明，該驅動器統(tǒng)治了幾十年，直到固態(tài)存儲器的新革命推動了非機械、高速度存儲到我們的計算機中。SSD 技術極大地提高了讀/寫速度，但通常以犧牲傳統(tǒng)硬盤驅動器的長使用壽命為代價。

Racetrack 存儲器是 IBM 首創(chuàng)的一種以電子方式移動磁性存儲數(shù)據(jù)的方法。它由數(shù)百萬條直徑為單微米的 U 形線組成，垂直放置在硅基板上，每根線以磁性方式寫入 100 位數(shù)據(jù)，并通過在一端施加正脈沖或負脈沖在導線上上下移動——速度為每秒300英尺！

似乎這還不夠令人興奮，謝菲爾德大學的研究員湯姆海沃德博士和利茲大學的約翰坎寧安教授正在提出一種通過這些線路驅動數(shù)據(jù)的新方法。現(xiàn)有的實施，使用磁場或電流來移動數(shù)據(jù)會產(chǎn)生熱量并降低電源效率，這是當今電池電源和環(huán)境影響意識（尤其是二氧化碳排放）的重要屬性。Hayward 博士的解決方案通過利用多年前使用的相同高速聲波向那些早期的液體聲學延遲線管致敬。

聲音通過表面聲波 （SAW） 介質(zhì)使用；雖然是地震產(chǎn)生的最具破壞性的波浪，但嵌入式行業(yè)的人員將熟悉 SAW 觸摸屏中的術語。它們使用投射在 LCD 顯示器上的多個聲波來確定觸控筆或手指的精確位置，專為傳統(tǒng)電阻式觸摸屏易出錯的地方而設計，盡管如今它們已越來越多地被更新的投射電容式觸摸屏所取代。

“在這種應用中，表面聲波的主要優(yōu)勢是它們能夠傳播幾厘米而不衰減，這在納米尺度上是一個巨大的距離，”海沃德博士說。“正因為如此，我們認為單個聲波可用于同時對大量納米線‘唱歌’，使我們能夠以極少的功率移動大量數(shù)據(jù)。我們現(xiàn)在的目標是創(chuàng)建可以對這一概念進行全面測試的原型設備。”

這項技術的潛力令人難以置信。存儲仍然是計算機運行的主要瓶頸，CPU 和 RAM 的吞吐量要高很多，而 SAW 驅動的賽道內(nèi)存有可能將硬盤驅動器的容量與 SDRAM 的帶寬結合起來，最終模糊兩者之間的界限。該技術有望擴展到最小的 IC，因此這不僅僅是傳統(tǒng)計算的革命——我們的嵌入式行業(yè)應該同樣興奮。

該技術不僅僅與速度和容量有關，因為當今存儲技術的根本缺陷是使用壽命；SAW 驅動的賽道內(nèi)存是納米磁性的，不會像 SSD 那樣退化。順便說一句，數(shù)據(jù)的存儲方式與磁性硬盤驅動器沒有什么不同，如果不是由于周圍基礎設施固有的機械故障，硬盤驅動器的使用壽命將遠遠超過其已經(jīng)令人印象深刻的使用壽命。令我個人印象深刻的是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的方向本質(zhì)上取決于所產(chǎn)生聲音的音高——實際上，你對數(shù)據(jù)“唱歌”的方式?jīng)Q定了它的運動。

嵌入式行業(yè)的未來有望結束主要的致命弱點，即限制操作壽命、閃存壽命和性能大幅提升，以至于 RAM 本身可能難以證明其存在的理由。商業(yè)化至少還有五年的時間，但正如我們從早期的順序可刷新內(nèi)存中看到的那樣，它確實顯示了正在發(fā)生的事情。

審核編輯：郭婷