讓存儲芯片容量提高1000倍，超級存儲技術要來了？

近日，韓國技術信息部宣布，該國UNIST 能源與化學工程學院李俊熙教授帶領的研究團隊，提出了一種新的物理現象，利用FRAM（鐵電體存儲器）技術，可以替代當前主流的DRAM或NAND閃存，有望將指甲大小的存儲芯片存儲容量提高 1000 倍。

據李俊熙表示，FRAM技術是通過極化現象來存儲信息的，其中電偶極子（如鐵電內部的 NS 磁場）被外部電場對準。通過向鐵電體物質氧化鉿（HfO2）中施加3－4V的電壓，可以讓原子之間的力量斷裂，每個原子都可以自由移動，從而可以控制四個單獨的原子來存儲1位數據。而現有的存儲技術研究顯示，最多只能在數千個原子的組中存儲1位數據。對比之下可發現，通過FRAM技術可以讓半導體存儲器存儲容量達到500 Tbit ／ cm2，是當前可用閃存芯片的1000倍。理論上來說，還可將線幅縮小至0．5納米。

FRAM技術并不遙遠

2020年7月2日，《科學》雜志已經刊載了這項革命性研究。

據李準熙教授表示：“在原子中儲存信息的技術，在不分裂原子的情況下成為半導體產業終極儲存技術的幾率很高。”雖然還處在實驗室階段，但這項研究也普遍被業界看好，最大的原因在于FRAM是當前已經存在的半導體材料，被認為商用化的可能性非常高。

那么FRAM到底是什么？資料顯示，FRAM是“baiferromagnetic random access memory”的英文縮寫，即“鐵電體隨機存取存儲器”。

FRAM實現數據存儲的原理是利用鐵電晶體的鐵電效應，“鐵電效應”指，在鐵電晶體上施加一定的電場時，晶體中心原子在電場的作用下運動，并達到一種穩定狀態。當電場從晶體移走后，中心原子會保持在原來的位置。

由于晶體的中間層是一個高能階，中心原子在沒有獲得外部能量時不能越過高能階到達另一穩定位置，因此FRAM保持數據不需要電壓，也不需要像DRAM一樣周期性刷新。此外，FRAM存儲器的一大優勢在于其內容不會受外界條件（比如磁場等因素）的影響，因為“鐵電效應”是鐵電晶體固有的一種偏振極化特性，與電磁作用無關，因此FRAM存儲器也具有非易失性的存儲特性，同樣具有非易失性的存儲還包括：1、可編程只讀內存PROM；2、電可擦可編程只讀內存EEPROM；3、可擦可編程只讀內存EPROM；4、電可改寫只讀內存EAROM；5、閃存Flash memory。

圖片源自OFweek維科網

超級存儲技術的未來應用

隨著市場需求的增加，用戶也對企業級存儲系統的訪問性能、存儲協議、管理平臺、存儲介質以及其他各種應用配置提出了更高的要求。尤其是以云計算、大數據為主要業務的企業，在存儲芯片、設備、系統等方面迎來更多的選擇。

值此背景下，超級存儲技術應運而生，區別于傳統的閃存或動態隨機存取存儲器，超級存儲技術更多的被用在移動計算、航天航空、軍事應用、企業系統、汽車行業、物聯網以及工業市場等。使用超級存儲技術的移動設備最普通的也有望達到T級別的數據容量，或許能容納數百部電影或數百萬首音樂。

當然，超級存儲技術也并非只是簡單的數據擴容，還涉及到存儲和數據容災、虛擬化、數據保護、數據安全（加密）、數據壓縮、重復數據刪除、自動精簡配置等功能特性，這些功能的完善和優化都需要占用不少能耗資源，如何在滿足超大存儲的同時，實現低功耗、多功能等存儲產品研發，也是接下來存儲行業的重要發展方向。