闪存之后哪种存储技术当道?

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在现有存储体系中，磁带、硬盘和最近几年兴起的SSD（固态硬盘）各有所长：磁带存储成本最低，但存取速度比较慢；以SSD(固态硬盘)为代表的闪存成本较高，但速度快；硬盘介于两者之间。与其他两种存储介质相比，闪存的相关技术还在继续进步之中，成本还有下降的空间。因此，人们对于闪存技术非常看好。

不过，闪存要真正取代磁带和硬盘，目前面临的挑战还不少，比如，由于光刻技术以及成本方面的原因，闪存无法继续缩小尺寸的同时保证现有的性能，而且生产实用的大容量闪存也存在一定困难。另外，在耐用性上闪存也要比静态随机读写存储器(SRAM)和动态随机存储（DRAM）差，随着时间的推移，它的可靠性会越来越低。基于这些原因，惠普、IBM和其他一些存储巨头正在加紧研发新的有望取代闪存的存储技术，以满足消费者的需求。

RRAM：更聪明的内存

惠普和海力士（Hynix）半导体公司最近宣布要在RRAM（电阻式记忆体）的密度和能效方面开展合作，以加速这种新技术进入市场的脚步。

RRAM（也称ReRAM）目前还处在一个相对早期的发展阶段，不过惠普、夏普、三星等公司都在这种技术上投入了大量人力和物力，在过去的10年里分别取得了很多与RRAM有关的专利。

惠普的RRAM技术最关键部分是一种称为忆阻器的新存储介质，其得名是因为数据的传输依靠电阻的变化。忆阻器是一种非易失性内存，也就是在不供电时也可以保留信息。忆阻器还可以执行计算，这是其他类型的内存所没有的。这一特性使得惠普公司相信有朝一日它能取代单一功能的芯片，既能存储数据还能完成计算，而不再需要一个专用的CPU。惠普研究人员还表示，他们已经研发出了一种多层架构，可以在一个单层芯片上堆叠多层忆阻器以节省空间。

虽然科学家大约40年前就已经知道忆阻器的工作原理，但直到最近几年，他们才设计出忆阻器的集成电路，而且还没有完全掌握其控制过程。

与闪存可擦写百万次（如数码相机照相和删除照片）相比，忆阻器生命周期要长得多。如今，闪存在记忆棒和数码相机领域应用得非常广泛。然而，在其他一些领域由于寿命的关系，闪存的应用就远不是那么普及了。

虽然电阻式记忆体和忆阻器的未来究竟如何还不太明确，但惠普公司在这种技术上制定了很多开发计划。目标之一就是争取在3年内实现该项技术的商业化，生产出一种比闪存的存取速度更快、更耐用，同时更节能、具有更高存储密度的存储介质，其更长远的计划则是让电阻式记忆体与闪存竞争甚至与DRAM、硬盘进行竞争。

当然，要与闪存、硬盘和DRAM竞争，电阻式记忆体或者说忆阻器面临着不少挑战。比如，要想与DRAM竞争，还需要提高电阻式记忆体的耐用性。像进行气候模型分析的超级计算机使用的DRAM在3〜4年中可能存取百万兆次以上，这是非常惊人的，为了与DRAM竞争，电阻式记忆体也必须要做到这样耐用。第二，惠普的忆阻器使用的钛氧化物在半导体工艺中并不常用。不过，惠普表示它已经为应用这种材料做好了准备，它认为这种钛氧化物能与当前在集成电路中所用金属氧化物（CMOS）技术兼容。

赛道内存：更高存储密度

竞争对手IBM在研发下一代内存时采取的是与惠普不同的技术，IBM使用电子的自旋来存储数据。IBM在2008年4月宣布，IBM成功研制出一种新型电脑存储介质，比目前的电脑硬盘和闪存存储能力高100倍，IBM称之为“ 赛道内存”，因为它利用硅晶片表面的磁性材料的磁场（纳米级的赛道）来存储信息。IBM的科学家说，这种芯片没有移动部件，读写速度更高，也更可靠。

与闪存相比，在硅基上摆放磁性材料能存储的信息更多，如果在硅材料的垂直方向配置磁性材料可以生产出一个立体的存储芯片，从而获得远远超过硬盘的存储密度。理论上说，沿垂直方向层叠100个磁性材料就可以设置100个左右的位元。IBM的科学家表示，如果采用赛道内存，iPod的存储容量将扩大100倍。IBM的科学家已经验证了赛道内存的工作原理。他们预见，在三年内可以看到赛道内存的原型产品，五年内将会产品化。

其他存储技术

除了电阻式记忆体、赛道内存外，还有其他几种类型的随机存取存储器正在研发过程之中，但由于其相对不成熟，还没有哪一种能对闪存如今的市场主导地位构成冲击。其中相变随机存取存储器 （PRAM）被寄予厚望。相变随机存取存储器如同电阻式记忆体和赛道内存一样，都是非易失性的。PRAM的创新在于它使用电流来存储数据。数据存储在一种玻璃状叫做硫族的物质中，其原子被加热时会重新排列，从一个相位转变到另一个相位，从而擦除数据。由于在写入数据之前不需要擦除此前保存的数据，因此，相变存储的写入性能要远远高于闪存。硫族化合物也用于CD和DVD，其中硫原子接受激光照射受热重新排列从而储存信息。

磁阻RAM （MRAM） 也是候选技术之一。这种技术用磁性元素而不是电荷或电流来存储数据。如今，研究人员正在寻求使用电气开关来增加MRAM的密度，从而在其他RAM产品进入市场前，抢占闪存的市场。

位于美国马萨诸塞州的Nantero公司正在研究纳米内存（NRAM）技术，它把数据存储在硅芯片上的数十亿个碳纳米管中。如果加电，碳纳米管会上下移动来表示0或1。该公司表示，它已经验证，NRAM在存取速度和存储密度方面都超过了其他类型的记忆体，并且可以在现有的芯片制造设备上生产；这一点非常重要。

Nantero和Lockheed Martin两家公司去年还开发出了一种防辐射的NRAM，并在美国NASA的亚特兰蒂斯航天飞机上进行了测试。两家公司说，这是它们为太空设备开发高密度、非易失性、基于碳纳米管的记忆体迈出的第一步。

Nantero正在加紧对 NRAM的研发工作，希望让它能替代现在普遍使用的闪存以及应用于各种不同芯片的嵌入式存储介质，包括微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。它们现在面临的最大挑战是在大规模生产中的NRAM芯片上确保每一个碳纳米管的动作都完全可控。

尽管上述技术都在积极研发过程中，甚至取得了一些突破性进展。但目前来看，闪存正在上升的地位似乎在比较长的时期内没有哪种技术能动摇，而且闪存技术本身也在继续进步。例如，东芝就在6月宣布，它把16个8GB的闪存芯片堆叠起来生产出了一个128 GB闪存模块，这是目前为止容量最大的闪存模块。研究人员认为，目前的闪存技术还有继续提高的余地，在闪存技术达到自己的极限之前，上述其他技术要想以成本优势取代闪存是很困难的。