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兩年多后：IOT、MCUS
使用智能MCU的低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。盡管由于各種經(jīng)濟(jì)逆風(fēng)，預(yù)計(jì)未來幾年的增長(zhǎng)率通常會(huì)下調(diào)，但愛立信移動(dòng)報(bào)告估計(jì)，未來幾年，聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將從2022年的約140億臺(tái)增長(zhǎng)到2027年的約300億臺(tái)[1]。
超低功耗設(shè)備必須支持日益復(fù)雜的編程，并且需要NVM，該NVM不僅具有必要的性能，而且即使在惡劣或無法訪問的條件下也具有超低功耗、低總擁有成本和高數(shù)據(jù)保留率。
設(shè)計(jì)師們?cè)絹碓蕉嗟靥剿髟?8nm或22nm集成NVM，以將最低功耗與最大限度地降低成本相結(jié)合。由于閃存的集成挑戰(zhàn)，這些設(shè)計(jì)師今天必須使用嵌入式解決方案保持在40nm，或者使用外部閃存的雙芯片解決方案。
對(duì)于這些應(yīng)用，嵌入式ReRAM比外部NOR閃存具有顯著的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)者可以通過消除外部存儲(chǔ)器組件來降低成本。它們還可以降低功耗并提高系統(tǒng)速度，因?yàn)椴恍枰獜耐獠看鎯?chǔ)器獲取數(shù)據(jù)。重要的是，在單個(gè)芯片上集成ReRAM也是一種更安全的解決方案，可以抵御黑客攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊。
未來3年多：瑞拉姆在EDGE AI
與此同時(shí)，我們將開始在Edge AI應(yīng)用中看到ReRAM，它不僅用于代碼存儲(chǔ)，還用于存儲(chǔ)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）計(jì)算所需的突觸權(quán)重。無論具體的應(yīng)用程序如何，存儲(chǔ)這些權(quán)重都需要大量的片上內(nèi)存（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)大小，在10Mb到100Mb之間）。ReRAM的這些更高容量還有幾年的時(shí)間，但與市場(chǎng)需求交叉的時(shí)機(jī)是正確的。
如今，在DRAM或SRAM上使用聰明的算法進(jìn)行邊緣推理是可能的，但由于功率和成本包絡(luò)越來越嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)變得越來越困難。一個(gè)問題是DRAM和SRAM是易失性的，越來越多的應(yīng)用程序需要監(jiān)控環(huán)境，然后從待機(jī)模式中快速喚醒。我們需要的是嵌入式NVM，它可以做與SRAM或DRAM相同級(jí)別的推理，但功耗極低，成本極低：ReRAM。此外，由于ReRAM單元大約比典型SRAM單元小三到四倍，因此可以在芯片上集成更多的存儲(chǔ)器，以在相同的管芯尺寸和成本下支持更大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由于NNs所需的大部分功耗與系統(tǒng)計(jì)算元件和內(nèi)存模塊之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)有關(guān)，該行業(yè)也在研究如何通過在計(jì)算元件附近集成密集、低功耗的NVM（如ReRAM）來減少這種數(shù)據(jù)移動(dòng)。
4-5年后：雷拉姆進(jìn)入汽車行業(yè)
如今的車輛集成了數(shù)百個(gè)芯片來控制各種功能（圖2），其中大多數(shù)芯片需要某種形式的NVM。ReRAM的汽車應(yīng)用還有幾年的時(shí)間，主要是由于特定溫度的資格和ISO26262等認(rèn)證。但它會(huì)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵摷夹g(shù)是為高溫魯棒性而設(shè)計(jì)的。
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圖2:
在汽車中發(fā)現(xiàn)NVM的一些地方
圖2:
在汽車中發(fā)現(xiàn)NVM的一些地方
幾年后，設(shè)計(jì)師們已經(jīng)在定義汽車芯片組，并將隨著SoC向高級(jí)工藝轉(zhuǎn)移，尋找新的嵌入式NVM。為了在通常惡劣的條件下支持快速啟動(dòng)、即時(shí)響應(yīng)和頻繁的OTA更新，這些系統(tǒng)需要具有卓越續(xù)航能力的NVM，能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式快速、可靠、安全地執(zhí)行代碼，所有這些都表明ReRAM是汽車IC的合理選擇。
地平線上：神經(jīng)形態(tài)計(jì)算
展望未來，ReRAM也將成為邊緣人工智能（神經(jīng)形態(tài)計(jì)算）未來的基石。在這樣的體系結(jié)構(gòu)中，計(jì)算是在存儲(chǔ)單元內(nèi)完成的。由于ReRAM細(xì)胞在物理和功能上與人腦中的突觸相似，因此可以用ReRAM模擬人腦的行為，以便對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速實(shí)時(shí)處理。這比今天在傳統(tǒng)處理器上進(jìn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的功率效率。
ReRAM將在模擬/神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域推出，我們不會(huì)給出一年的時(shí)間，但在這一領(lǐng)域有大量的商業(yè)和學(xué)術(shù)投資。關(guān)于安全的一句話
最后，我們不能不提到ReRAM在安全應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)。無論是物理不可克隆函數(shù)（PUF）和真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）等SoC安全解決方案，還是用于智能卡等安全應(yīng)用的SoC嵌入式NVM，ReRAM都提供了一種固有的安全解決方案。與閃存等浮柵器件不同，ReRAM不使用任何電荷或其他粒子，因此使用電子束更難感知或改變其內(nèi)部狀態(tài)。因?yàn)镽eRAM對(duì)電磁場(chǎng)免疫，所以與MRAM不同，它也可以很容易地抵御磁性攻擊。此外，由于ReRAM位單元深深嵌入在BEOL集成的兩個(gè)金屬層之間（圖3），因此它更容易受到光學(xué)攻擊。最后但同樣重要的是，ReRAM可以擴(kuò)展到小的幾何形狀，因此關(guān)鍵信息可以以這些幾何形狀嵌入芯片中，而不是放在單獨(dú)的芯片上，在那里可以更容易地監(jiān)控芯片間通信。
圖2:
在汽車中發(fā)現(xiàn)NVM的一些地方
圖2:
在汽車中發(fā)現(xiàn)NVM的一些地方
雷拉姆的未來
在這篇文章中，我們似乎涵蓋了ReRAM的所有可能應(yīng)用，但由于幾乎每個(gè)電子產(chǎn)品都需要一些NVM，因此ReRAM的優(yōu)勢(shì)是巨大的。Flash正在達(dá)到極限，是時(shí)候開發(fā)一種新的NVM了，它可以為電子設(shè)備的新時(shí)代提供動(dòng)力。到了ReRAM的時(shí)候了 |
