現在閃存基本在往3D方向發展，還有今年SK海力士透露已經研發成功的128層堆棧4D NAND并投入量產。美光的CuA（CMOS under Array），能夠節省更多的空間來做更多層。英特爾明年也要量產144層QLC NAND。

國內存儲也有一些創新，長江存儲的Xtacking結構，和前邊提到的4D結構類似，把CuA單元放在頂層，一樣也是蓋高樓，64層，然后往更多的96層，100層+往上走。但樓層越蓋越高，容量肯定越來越大，各方面也會帶來一些問題，可靠性和性能方面會有受到影響。

關于SSD還有人預測，NAND工藝可能終止在2020年的10nm。相比較而言，HDD傳統磁盤容量進展緩慢，到2015年HDD到10TB，2020年估計可以到40TB，2025年可能到100TB，有一些新技術，比如熱輔助寫入等可能還會使傳統磁盤在容量上走得更長遠，但已經跟SSD拉開了很大差距。因為SSD至2018年底已經達到128TB。

超大型數據中心用戶自研的SSD未來占比會不斷提升，它可能不會去買現有商用設備，因為成本太高，因此通過自研來增加存儲容量和性能，所占比例正在快速的增長。

閃存技術到了相對比較成熟的階段，但可能還會有一些進展，技術還有一些發展，一些新型技術也在研究和出現，其中之一就是被稱為阻變存儲技術。

阻變存儲技術(RRAM)

這個技術存在原因是發現某些材料，目前最多的是過度金屬氧化物，基本上都有這種特性，它的薄膜厚度大概在50nm，如果兩端加了電壓，電阻會發生變化。

因為過度金屬氧化物的薄膜其實都是一個絕緣體，不導電，但是通過加壓以后，發現電阻會變化，電壓撤掉以后，電阻還會保持在那，所以這些應用有可能會作為存儲器，發現以后就成為一個研究的熱點。

左邊這張圖是切換次數和高低點變頻之間的一個對應的關系，這個圖是500次開關以后，高低的變頻基本上沒有變化，右邊是一個結構，所謂的結構上下是電極，中間有一層功能材料，這個材料是薄膜，目前大部分是金屬氧化物，比如說氧化鋅、氧化鈦等等，這些薄膜會受電壓的變化，它的電阻會在高和低之間切換，這是所謂的阻變存儲。

 剛才提到大家對閃存結構和機理清楚，但對于阻變的機理還不是很清楚，學術界有一些研究成果，比如導電切換機制分成三類——電化學金屬化機制，價電改變機制和熱化學機制。其中在電化學金屬研究中提出和一個導電細絲形成有關，通過兩端加壓形成導電細絲，引起電阻的變化。所以導致離子遷移或者氧化還原反應的過程。這能解釋一部分材料結構阻變情況，但不能解決所有的阻變情況。

剛才提到有多種假設來解釋氧化物的阻變過程，最廣泛的是離子遷移。通過分析大量實驗結果，發現一些共同的特征。第一，不依賴與電場的極性。第二是電致電阻變換下錳氧化物材料的電阻下降。第三是材料離子化學態發生變化。

這個實驗結果展示的共有特征說明，氧化物電致電阻變換的機制應該不是電場下位遷移形成導電細絲模型所描述的。研究結果表明應該考慮載流子注入效應。在不同的電極情況下，可能它會表現出不同的一些現象，這個說明電極也可能參與了阻變的過程，不僅僅是材料本身所引起的。

載流子注入與自束縛載流子觀點描繪出了相當合理的圖像，來理解觀察到的大量不同研究組發表的多種多樣氧化物電致電阻變換行為實驗結果。綜合來看，外加電場下氧化物薄膜的電阻變換與引起的相關現象可能會開辟出一個奇異的全新研究與應用領域。也就是說阻變可能不像開始的時候人們理解的那樣簡單，這個過程可能是一個非常復雜的過程，這是我們研究一段時間以后得出的結論。

相變技術(PRAM)

另外一種新興的存儲技術，我們稱之為相變。由相變引起電阻的變化。因為要進入熔融態，所以它要接受比較高的溫度，從比較大的電流進去，單元密度比較密的時候，芯片能耗就會非常得大，所以這是相變。機理清楚，但它最主要的一個是熱的散發，需要散熱。另外，盡量讓它少產生熱，這兩個途徑來做改進。

市場預測：PCM是一種非易失性存儲設備，存儲量更大，耐久性更強，讀寫速度更快，PCM的優勢在未來不僅會逐漸取代現有存儲器市場的大多數，而且將會大大擴展現有的存儲器市場，前景極為可觀，預計2025年市場規?？膳c當前半導體市場相當。

2016年5月，IBM發布了每個存儲單元可以保存三位數據的相變存儲技術。相變存儲器能讓PC和手機瞬間啟動，讓應用快速加載。如果能克服現有不足的話，相變的前景會非常好。

 既然相變有這個優勢，學術界也做了很多研究，比如超晶格相變薄膜材料。比如Si/Sb（銻），它在離散電壓脈沖下比其他材料要低47%，這說明它的功耗就低了。功耗一低，它的散熱程度也會大大下降，這是在相變上做的一些探索性的研究。

另外一種，不通過熔融態去改變它的狀態，而是通過電子空穴注入，改變了Ge原子的位置，這樣沒有一個熔融的過程，能耗降低，速度會更快一些。置位脈沖時間和電壓的關系，以及電阻和復位電流的關系，電阻和置位復位循環。高低電阻沒有很大的變化，說明這種情況在機理上還是可以有優勢的。

磁性存儲(STT-MRAM)

    目前大家談論比較多的是磁存儲器。早期的是FIMS，現在稱為新的一代STT-MRAM，使得功耗大大下降，當然體積也有很大的改進。從原來需要大概10毫安的電流，現在可能是150微安左右，所以STT-MRAM的前景也是非?？春?，可能會是成為非易失存儲領域有競爭力的候選者。

   STT-MRAM已經開始實現商用。但目前容量有限，要擴大市場，需要實現大容量化，一旦容量有進展，它的讀寫性能和疲勞特性都會比閃存高出好幾個數量級。

   它的問題是目前存在準確集約，包括溫度、位置電壓、尺寸等相關器件參數的宏模型，也沒有一個高可靠的EDA工具的支持，成為阻礙大容量STT-MRAM大批量工業生產的重要因素。

同時，另一個亟待解決的問題是如何將磁隧道結的制造與CMOS工藝完美結合，并不斷隨著工藝進步而快速調整。它帶有磁性，傳統工藝沒有磁性，所以流水線是不兼容的，這也是需要解決的問題。

鐵電存儲（FRAM）

鐵電材料非常奇怪，它天生就有一個電場極性，這個極性會隨著外電場的變化而變化，它中間的金屬原子不是固定在一個位置，而是隨著電場的偏移而偏移。

鐵電存儲是比較早提出來的，但早期因為有一個是破壞性的，這個內容丟失了，還要把它寫回去，這樣會浪費很多時間和損失很多能耗。

另外結構上的原因，容量不能做得很大，所以有小容量的產品，比如在智能電表或者汽車上有一些應用，但容量太小，所以說沒有取得非常廣泛的應用。

鐵電存儲有一些新的結構，比如在單元結構上的一些改進，把鐵電做成CMOS的結構，這樣在高速耐用性和低功耗方面可能是一個理想的解決方案。由于薄膜技術的進展，電源電壓已經連續下降，可以確保低功耗操作。功耗如果降下來，它的發熱等等也會有改善。

從單元的角度，如果把它不斷地做一些改進，把這個MFIS插入一個絕緣層，這樣可以降低一些漏電?；蛘卟迦胍粋€MFIS進一步提高性能，在這個上面不斷做一些改進，加一些技術層或者絕緣層，從單元上來改善鐵電的性能。

另外，它的結構有一些新材料的發現，有一些新結構也提出來了，把它做成一種鐵電存儲的晶體管，不是通常存儲電容中，右邊的結構可以避免了破壞性的讀出，在性能上有很大的改進。

另外一種全新的概念，發現通量全閉合的疇結構，相對可以在更小的單元尺度上來做這個存儲，所以可以為高密度提供一個新的途徑，這是在基礎科學方面的一個很大的突破。通過新的一些表征手段，也發現了斯格明子以及二維斯格明子產生，在新形存儲單元的結構應用上也帶來了一些新的可能性，只能說可能性，因為絕對有可能它高密度存儲也用，但是實際的應用用到器件上還有一定的距離，也就是說到現在還沒有一個原型的系統。

但是斯格明子的產生，也為這種系統提供了一種可能性，它非常小，大概只有幾個納米的尺度。但是它非常穩定，這個也是一個非常有意思的發現。

因為鐵電存儲有很多的特性，一個是非易失、低功耗、多讀寫次數、高存取速度、高密度。另外它還有一個特性，就是抗輻射，抗輻射的特性可以在航空航天上得到很好的應用，應該說也是一個很有優勢的存儲。

基于鐵電晶體管為存儲單元的鐵電存儲器，還具有結構簡單、非破壞性獨出、遵循集成電路比例縮小原則的優點，未來發展前景廣闊。另外HfO2薄膜鐵電性的發現，為鐵電存儲的研發打開了一條新的通路。多值鐵電存儲單元將成為發展趨勢，跟3D蓋樓一樣。

最后稍微總結一下，閃存來說，QLC+3D，或者4D NAND，XTacking容量將增加，但工藝極限預測是10nm，時間大約在2020年。

不過也不用太焦慮，因為集成電路當年曾經預測90nm是極限，現在7nm都已經商品化了，90nm當時分析熱電流基本上是50%，沒辦法工作。但技術的進步大大超出預料，90納米不僅通過，而且65納米、40納米、33納米不斷地往極限進，所以現在預測如果閃存工藝集成終結在10納米，到2020年可能新技術突破了，所以也可能閃存在容量上還會進一步增加。

剛才提到的相對來說幾種新的存儲，需要進一步做機理探索，穩定性、可靠性提高，相變薄膜材料，它的目的是降低熱能，離子和空間注入的TRAM可能是一種方法。從STT-MRAM看，新材料新結構可以增加STT效益。FRAM方面是新材料、新結構、新理論。新的存儲芯片技術，閃存以后誰將成為主流芯片？取代現在閃存主流的位置，這現在還不太好說，就我個人而言，FRAM應該更有可能成為取代閃存的存儲新技術。

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