NAND闪存穷途末路 下一代闪存技术百花齐放

由于闪存技术的发展，闪存正从U盘、MP3走向电脑、存储阵列等更广泛的领域。虽然其速度较以往的机械硬盘有了较大幅度的提升，但纵观整个计算架构，闪存仍旧是计算系统中比较慢的部分。况且目前主流的MLC和TLC在写入寿命上都还不尽如人意，并且随着工艺水平的提升，其寿命和良率还有越来越糟的倾向。闪存生产线已经达到15nm的水平，存储密度难在攀升、寿命却大幅下降。所以业界各个巨头都在积极研究下一代非易失性存储技术。

日前，镁光在IEEE IEDM 2014(国际电子设备大会)上就公布了其最新的可变电阻式存储（ReRAM）技术的最新进展。美光在大会上展出了其最新的27nm RAM颗粒，颗粒容量16Gb（2GB），核心面积168平方毫米，采用3层铜互连技术。而展出的芯片使用的是DDR接口，未来可以方便的更换其他接口。

由于只是用了27nm工艺制造，新的ReRAM在DieSize上相对于现在的NAND闪存并无优势，但在性能上，新的ReRAM却非常耀眼。根据镁光透露的消息，新的ReRAM可以承受10万次写入和百亿次读取；而更加难能可贵的是，ReRAM在目前就已经达到了900MB/s的读取速度和180MB/s的写入速度，读写延迟分别为2微秒和11.7微秒。在存储结构上，ReRAM可以在2个cell里存储3个bit，这一点介于目前的SLC和MLC之间。

由于未来的闪存标准还没有最终确定，因此，发力研究下一代闪存的企业和候选技术并不只此一家。

另一家名为Crossbar的新型科技公司正在研究一种名为RRAM的非易失性存储。虽然Crossbar并没有给出他们技术的具体性能，不过公司宣称其RRAM的擦写次数可以达到亿次级，并且可以在300摄氏度以下正常工作。而与目前NAND闪存工艺越高寿命越短行程对比的是，Crossbar的RRAM技术在现有技术演进路径下至少可以发展到4-5nm的水平。

当然，除了这些看似很遥远的技术，同样属于非易失性存储的相变内存（PCM）也是下一代闪存标准的有力竞争者。而且推崇这一技术的IBM已经开始着手研究如何利用相变内存替代现有NAND闪存的方案了。相对于现有NAND闪存，相变内存的擦写次数可以达到百万次级别，并且在速度上交传统闪存有上百倍的提升。当然更重要的是，镁光等厂商已经开始量产地规格的相变内存芯片。并且业界也已经有一些采用相变内存的实际产品。

随着NAND闪存在工艺进步下逐渐达到寿命临界点，新的闪存技术正在不断涌现。而这些技术最大的目标就是要在提高速度和寿命的前提下，继续推动摩尔定律向前发展，并为未来制程演进做好准备。相信2015年更多新类型的非易失性存储新品将出现在市场上和实验室里。

都是颗粒 为什么SSD有寿命、内存却没有？

随着技术的发展，我们使用的存储器也各种各样，虽然都基于芯片颗粒，但表现截然不同，比如说读写次数限制，或者叫寿命，SSD固态硬盘就有限制，DRAM内存却没有。

按照分布位置的不同，DRAM内存属于内部存储器，紧挨着CPU处理器，用来临时存放后者需要的运算数据，并与外部存储器进行交换，起到桥梁的作用。

DRAM内存的特点是读写速度快、延迟低，但属于易失性存储，也就是一旦断电，数据就会全部丢失。

DRAM内存颗粒利用晶体管加电容来保存数据，而且只是临时存储数据，并没有实质性的写入，不涉及对物理单元结构、属性的改变，所以可以无限次读写。

当然，这并不意味着DRAM内存就可以永久使用，毕竟其中的晶体管、电容等物理结构也会慢慢老化，所有电子设备都是如此，只是这个过程非常非常缓慢，正常使用根本感觉不到。

SSD则是外部存储，用来长久保存数据，属于非易失性存储，断电后数据还在，但是相对速度慢、延迟高，HDD机械硬盘、U盘、光盘等也是此类。

SSD的存储介质是NAND闪存颗粒，需要施加不同的电压、改变内部状态来存储数据，随着时间的流逝、读写次数的增加，会出现物理性的损耗，最终不可用。

NAND闪存的寿命一般用P/E编程擦写次数来描述，写满一次容量就损失一次P/E。

SLC大约是10万次，MLC只有5000次左右，TLC就只大概2000次，QLC仅为1000次上下，所以不得不依靠更多管理技术和算法来辅助，以保持寿命。

但另一方面，SLC、MLC、TLC、QLC的存储密度越来越大，SSD容量也越来越大，写满的概率越来越低，所以整个SSD的实际寿命其实并没有大大缩短，一般应用无需过分担忧寿命问题。

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