AI對存儲技術提出更高“呼聲”，大容量、低功耗成硬性指標

存儲器是電子信息處理系統中不可或缺的組成部分。在過去，依靠CMOS工藝的不斷進步，存儲器的性能得以不斷提高。

但近年來，一方面，尺寸微縮導致的晶體管漏電問題越來越嚴重，在增大存儲器功耗的同時，惡化了存儲單元的保持特性，存儲器的發展遇到較為明顯的瓶頸；另一方面，人工智能和物聯網等領域的快速發展又對存儲器的容量速度以及功耗等性能指標提出了更高的要求。

在這樣的背景下，由于嵌入式鐵電隨機存取存儲器(Embedded Ferroelectric Random Access Memory，eFeRAM)具有非易失、高密度、低功耗以及讀取速度快等特點，可提高系統的整體性能，因此，嵌入式鐵電隨機存取存儲在近年來備受關注。

近日，北京大學公開了一項名為“一種鐵電隨機存取存儲器陣列及其控制方法”的專利，公開號CN117672288A，申請時間為2023年12月15日。

該據國家知識產權局公告的高專利摘要顯示，該發明提供了一種鐵電隨機存取存儲器陣列及其控制方法，屬于半導體存儲器技術領域。

該發明包括由基本陣列沿橫向、縱向重復排列而成的總體陣列，基本陣列包括存儲單元、字線、控制線、基本板線、總體板線、基本位線和總體位線，由存儲單元沿橫向、縱向重復排列成矩陣結構；存儲單元包括一個晶體管和一個鐵電電容器，晶體管的柵極接字線、漏極接位線、源極接鐵電電容器上極板，鐵電電容器下極板接板線。

該發明還提供了對該鐵電隨機存取存儲器陣列進行數據寫入、數據讀出和數據重寫的控制方法。此外，該發明層次化的設計方法，可以在不犧牲讀出時間與讀出窗口的前提下，增大鐵電隨機存取存儲器陣列的規模。


我國成功研發超級光盤

近日，我國科學家在光存儲技術領域實現了里程碑式的跨越，成功研發出“超級光盤”，并在全球范圍內首次實現了PB（PetaByte，千萬億字節）量級的光存儲能力，標志著我國在這一關鍵技術上占據了世界領先地位。

“超級光盤”的誕生，是我國科研團隊歷時數年的辛勤攻關的結果，由中科院上海光學精密機械研究所攜手上海理工大學及其他科研機構共同完成。這項技術突破的核心在于超大容量與超分辨三維光存儲技術的研發，它顛覆了傳統的二維光存儲模式，如同在微觀尺度上打造了一個立體的、超高密度的信息倉庫。

相比于我們常見的CD、DVD或者藍光光盤，這款“超級光盤”的存儲容量達到了令人驚嘆的程度——1PB相當于100萬GB，這是一個足以存儲海量數據的天文數字，比普通光盤的存儲容量提升了上萬倍，甚至超過了普通硬盤數百倍。這意味著在未來，一個看似普通的光盤就可以承載一座小型圖書館的所有文獻資料，或是一部高清電影數據庫，極大地拓展了信息存儲的可能性。

“超級光盤”的創新之處在于采用了先進的雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，該技術使得信息不僅可以以極高的密度被刻錄在光盤介質上，而且在讀取時也能夠實現超分辨，確保了存儲信息的準確無誤和高效訪問。

此外，這項技術還具有綠色環保、能耗低的特點，符合未來數據中心對低碳環保、節能高效的要求，對于推動我國乃至全球數字經濟的可持續發展具有深遠的影響。隨著“超級光盤”技術的成熟和應用推廣，有望重塑數據存儲格局，助力大數據時代的信息留存與傳播，進一步提升我國在全球科技競爭中的地位。


數據存儲技術進化趨勢

2030年人類將進入YB數據時代，數據量是2020年的23倍，全球連接數2000億，通用算力將增長10倍、人工智能算力將增長500倍。在存儲容量方面，目前一些高端閃存卡的存儲容量已經達到了1TB，相當于是32年前的10TB，而一些SSD的存儲容量更是高達數TB。在讀寫速度方面，目前一些高端的UHS-II SD卡可以提供高達300MB/s的讀取速度和260MB/s的寫入速度。此外，一些NVMe SSD的讀寫速度也可以達到數GB/s。

NAND Flash在閃存市場中具有舉足輕重的地位，隨著NAND Flash存儲原廠的產品生產工藝不斷更新發展，存儲晶圓工藝制程、電子單元密度、產品堆疊層數等經歷了較大的技術更新，市場存儲密度的供給呈現出較快的增長速度。根據中商產業研究院整理的數據顯示，全球NAND Flash存儲容量一直保持增長，從2017年的1620億GB增長至2020年的5300億GB，年均復合增長率達35.38%。

”信息爆炸“時代對數據存力帶來了巨大考驗，數據存力整體上面臨容量逐漸供應短缺；利用效率低下，資源浪費；存儲設施能耗壓力大；分布區域不均勻，發展不平衡等難題。因此，未來存儲將會以非結構化數據為主，SSD閃存為主要存儲介質，并向分布式存儲架構、云存儲、DNA存儲、納米存儲、存算一體等方向發展。

近年來，隨著云計算與人工智能應用的快速發展，數據中心的流量不斷擴大，數據處理速度慢和能耗高的問題逐漸成為束縛計算性能發展的障礙。相對于CPU性能的提升，內存的進步則相對緩慢，從而導致存儲速度嚴重滯后，即“內存墻”問題。隨著多核處理器和大數據應用的出現，數據搬運的需求大幅增加，為了解決“內存墻”問題，行業內如SK海力士、美光科技等企業寄望于提高存儲器帶寬，因此高帶寬存儲技術（High-Bandwidth Memory，HBM）應運而生。

不同于傳統的2D DRAM，HBM技術采用3D堆疊的DRAM芯片，通過硅通孔（TSV）技術實現多層內存的垂直互連，并且使用系統級封裝（SIP）技術將GPU和多個DRAM芯片緊密集成，這種設計方式極大提高了數據傳輸速度，并能在較小的物理空間內提供更大的存儲容量和更高的帶寬，同時實現更低的延遲和功耗。正因為如此，HBM技術被認為是數據中心等高性能計算應用的理想內存解決方案。