在當今的存儲器市場中，根據(jù)數(shù)據(jù)保存特性可以將存儲器大致分為兩大類：易失性存儲器與非易失性存儲器。前者指的是那些一旦失去電力供應(yīng)，所儲存的信息就會消失不見的設(shè)備；后者則相反，在沒有電源的情況下仍能保持其內(nèi)部的數(shù)據(jù)不變。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及消費者對于更高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲解決方案的需求日益增長，非易失性存儲器因其獨特優(yōu)勢而受到了越來越多的關(guān)注。

一、淺談非易失性存儲器

非易失性存儲器（NVM）是一種半導(dǎo)體技術(shù)，無需持續(xù)供電來保留存儲在計算設(shè)備中的數(shù)據(jù)或程序代碼。系統(tǒng)制造商根據(jù)不同的應(yīng)用需求會選擇合適的非易失性存儲器，例如部分NVM專門用于存儲硬盤驅(qū)動器（HDD）、磁帶驅(qū)動器等外圍設(shè)備的控制器固件；其他類型的NVM則常用于固態(tài)驅(qū)動器（SSD）、USB驅(qū)動器以及各種便攜式電子產(chǎn)品的存儲卡內(nèi)，作為主要的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。

這種存儲器具備非易失、支持字節(jié)級訪問、存儲密度高、低能耗等特點，并且提供了相對較快的數(shù)據(jù)讀寫速度，盡管其寫入速度往往慢于讀取速度，值得注意的是所有這些存儲媒介都有一定的使用壽命限制。如今，非易失性存儲器在市場上種類繁多，半導(dǎo)體類的有ROM和Flash，其他的還有光盤、機械硬盤等。

只讀存儲器（ROM）：一旦存儲數(shù)據(jù)就無法更改，內(nèi)容不會因為電源關(guān)閉而消失。

閃存（Flash Memory）：允許在操作中被多次擦或?qū)懙拇鎯ζ?，主要用于一般性?shù)據(jù)存儲，以及在電腦與其他數(shù)字產(chǎn)品間交換傳輸數(shù)據(jù)，如儲存卡與U盤。閃存是一種特殊的、以宏塊抹寫的EEPROM。

隨著制造工藝的進步，尤其是當特征尺寸縮減至28nm以下時，傳統(tǒng)NVM面臨了諸多挑戰(zhàn)，特別是在滿足人工智能（AI）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等領(lǐng)域?qū)τ诟咝堋⒋笕萘考翱焖夙憫?yīng)能力要求方面顯得力不從心。為此，業(yè)界正積極研發(fā)下一代非易失性存儲技術(shù)，旨在克服現(xiàn)有方案的局限性并適應(yīng)新興應(yīng)用場景的需求。

近年來興起的一些前沿NVM技術(shù)包括磁性隨機存儲器（MRAM）、阻變存儲器（RRAM/ReRAM）、鐵電隨機存取存儲器（FRAM）、奧弗辛斯基統(tǒng)一內(nèi)存（OUM）以及聚合物鐵電隨機存取存儲器（PFRAM）等。相比傳統(tǒng)選項，新型存儲架構(gòu)在性能指標如存取延遲、能耗效率、集成度等方面實現(xiàn)了顯著改進，不僅更好地契合了當代信息處理系統(tǒng)對更高密度、更大容量以及更強擴展能力的要求，同時也針對特定領(lǐng)域內(nèi)的獨特使用場景進行了定制化設(shè)計與優(yōu)化。

特別是磁性隨機存取存儲器（MRAM），作為一種極具潛力的替代方案，在眾多新型非易失性存儲技術(shù)中脫穎而出，展現(xiàn)出優(yōu)異的技術(shù)特性和廣闊的應(yīng)用前景。

二、MRAM，脫穎而出

MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory）作為一種非易失性的磁性隨機存儲器，通過利用磁電阻效應(yīng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久保存。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體隨機存取存儲器（RAM）不同，MRAM采用磁性隧道結(jié)（MTJ）作為存儲單元，通過改變磁化方向來記錄二進制數(shù)據(jù)。

早期階段，由于知識產(chǎn)權(quán)限制及軍事應(yīng)用對先進材料和技術(shù)的嚴格管控，導(dǎo)致了MRAM技術(shù)發(fā)展緩慢且難以廣泛進入消費市場。然而，隨著相關(guān)專利保護期滿以及新型量子材料研究取得顯著進展，如今MRAM已不再局限于國防領(lǐng)域，并逐漸受到民用市場的重視。當前，產(chǎn)業(yè)界正致力于解決阻礙大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，旨在將MRAM打造成為一種理想的長效固態(tài)存儲解決方案。

MRAM特點

首先，從性能角度來看，MRAM具備非易失性存儲特性的同時還能提供接近甚至超越現(xiàn)有主流內(nèi)存產(chǎn)品的讀寫速度，這一獨特優(yōu)勢使其特別適合于那些要求快速啟動同時又需確保重要數(shù)據(jù)長期保存的應(yīng)用場景之中。

其次，在訪問延遲方面，DRAM的讀寫速度一般在50納秒左右，而NAND Flash的讀寫速度通常在幾百微秒到幾毫秒之間，相比之下，MRAM已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)低于10納秒的讀操作延遲和僅2.3納秒左右的寫入延遲，極大地提升了系統(tǒng)的響應(yīng)效率。

此外，低能耗也是MRAM另一大亮點。據(jù)估計，與同等容量下的DRAM相比，采用MRAM技術(shù)可使系統(tǒng)整體功耗降低達50%-80%，主要歸因于MRAM無需執(zhí)行周期性的刷新過程以維持數(shù)據(jù)完整性。

最后，得益于其與邏輯電路高度兼容的設(shè)計理念，MRAM允許在同一硅片上無縫集成大量存儲單元與復(fù)雜的計算模塊，這不僅有助于減小最終產(chǎn)品的物理尺寸，同時也為提高整體效能、降低成本提供了可能路徑。

因此，隨著技術(shù)不斷成熟及成本持續(xù)下降，預(yù)計未來幾年內(nèi)我們將見證更多基于MRAM構(gòu)建的創(chuàng)新電子產(chǎn)品問世。

三、ReRAM，產(chǎn)業(yè)化進程加速

雖然MRAM已然成為傳統(tǒng)嵌入式閃存的流行替代選項，但在極端環(huán)境與條件下，ReRAM的可靠性略遜一籌。

電阻式隨機存取存儲器（ReRAM）的工作機制依賴于材料的電阻狀態(tài)變化。在內(nèi)部導(dǎo)體與外部導(dǎo)體間形成的細小導(dǎo)電路徑內(nèi)，當施加特定電壓時，電子之間的相互作用會導(dǎo)致該路徑電阻發(fā)生變化，進而改變存儲單元的狀態(tài)。這種基于物理特性的轉(zhuǎn)換能夠在極短時間內(nèi)完成，賦予了ReRAM卓越的數(shù)據(jù)處理速度。

ReRAM特點

首先，作為一類非易失性存儲解決方案，ReRAM即使在斷電情況下也能持久保存信息。

其次，ReRAM支持超快速度的數(shù)據(jù)讀取和寫入操作，滿足了對高性能計算日益增長的需求。

此外，通過精細調(diào)控局部區(qū)域內(nèi)的電阻值，ReRAM能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的單位面積存儲容量提升，為構(gòu)建緊湊型大容量存儲系統(tǒng)提供了可能。

而鑒于其獨特優(yōu)勢，ReRAM已在多個前沿領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。在消費電子產(chǎn)品例如智能手機和平板電腦中，采用ReRAM技術(shù)有助于加速操作系統(tǒng)啟動過程及應(yīng)用程序加載時間，顯著改善用戶體驗；對于數(shù)據(jù)中心和云計算平臺而言，利用ReRAM作為高速緩存層可以大幅度降低延遲并提高整體服務(wù)效率；物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中集成ReRAM不僅能滿足低功耗要求，同時還能有效存儲來自各種傳感器收集到的數(shù)據(jù)，促進智能互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

總之，憑借其無與倫比的速度、可靠性和緊湊設(shè)計，ReRAM正逐漸成為下一代信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可或缺的關(guān)鍵組件之一。

不論是MRAM還是ReRAM，兩者在密度、能耗效率、可擴展性以及整體性能方面均展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢，這兩種新型非易失性存儲解決方案不僅能夠提供更高的數(shù)據(jù)存儲密度，還具備更低的功耗特性，同時支持更廣泛的應(yīng)用場景，并且能夠在不犧牲讀寫速度的前提下實現(xiàn)大規(guī)模集成，從而為下一代計算平臺提供了極具吸引力的選擇。