未来存储器有望实现“弯道超车”

轻轻按下手机应用程序，装有国内控制芯片的打印机就会吐出需要打印的照片。速度如此之快，以至于苹果的airprint没有它应该有的那么好。秘密在于使用芯片上的下一代内存PCRAM。

近日，记者从中国科学院上海微系统与信息技术研究所了解到，该所研究员宋的研究团队从基础研究到PCRAM的产业化投入了十几年的心血，目前已销售芯片1500万片，销售额超过1亿元。他们与SMIC和其他企业一起，正在推进工业化，预计将在嵌入式芯片存储器领域“迎头赶上”，该领域每年在市场上价值数十亿美元。

挑战下一代存储器产业化

从数据中心到小芯片，动态存储器(DRAM)是不可或缺的。目前，一般的动态随机存取存储器有一个致命的缺陷，就是害怕断电——一旦断电，存储器中的数据就会瞬间消失，再也找不到了。尽管有闪存可以随时存储数据，但数据可以被擦除并缓慢读取。因此，尽管这些记忆在各个地方被广泛使用，科学家们总是希望找到一种更完美的下一代记忆。

相变存储器(PCRAM)就是这样一种理想的存储器:它通过切换电流和磁场来在晶体和非晶体之间切换存储材料。由于材料的物理状态发生了变化，即使断电，这种状态也不会消失，可以实现快速擦除。

早在2002年，宋就开始注意这个方向。“当前的主流存储也经历了激烈的技术竞争。当时，中国没有核心技术，基本上被排除在这个市场之外。”他说，在下一代存储器的几种技术中，PCRAM最接近工业化。“如果我们能取得突破，就有可能实现‘弯道超车’，并在下一代记忆中发展自主知识产权。”

从适合现有科研水平的市场出发

“如果我再做一次，我不认为我会一头扎进去。太难了！”宋·说，在研究所的支持下，他的研究小组自2003年以来一直在寻找合适的材料用于印刷电路板。当这些材料被发现时，它们不能被制成纳米级的器件——如果它们不能被制成，它们就没有实际价值。但是该研究所不具备制造设备的条件。我们做什么呢

偶然间，他找到了SMIC制造(上海)有限公司，双方一拍即合，共同组建了一个团队申请国家项目，建立了一个8-12英寸的PCRAM研发平台，并于2007年1月成立了“纳米半导体存储技术联合实验室”。

微系统专注于解决科学问题。SMIC专注于流程开发。经过14年的努力，相变材料制备工艺和SMIC 180纳米-28纳米标准CMOS工艺终于无缝连接。

为了满足SMIC的技术优势，微系统公司为PCRAM设定了一条产业化路线:避开英特尔和三星大力投资和布局的非嵌入式芯片领域，专注于大量消费电子产品中使用的嵌入式芯片。“中国是手机等消费电子产品的制造大国，产业和产品的升级将对嵌入式芯片提出巨大需求。”宋表示，虽然这个市场没有非嵌入式芯片内存大，但更适合中国现有的科研和技术水平。

要制造一种装置，必须在实现工业化之前应用它。这时，珠海艾派克科技有限公司通过科技新闻报道找到了宋。自2011年以来，公司每年投入近1亿元研发资金，投资于企业未来的技术优势。

“大学可以生产1000个芯片，用最好的芯片发送论文，但是企业需要找到最差的芯片来改进他们的技术。”李丁说，新开发的打印机芯片现已售出1500万块，用户报告说，在过去四个月中，错误率不到千分之一。

基础研究继续获得领先优势

微系统研究所PCRAM项目组的研究员陈厚鹏解释说，当前内存的数据读取方法就像从图书馆获取数据一样。硬盘、固化内存等。就像堆栈，而动态随机存取存储器就像读取区域——数据必须从堆栈中找到，并提取到读取区域进行计算、操作，最后根据需要进行存储。然而，PCRAM就像一块超大的黑板。所有的数据都可以直接找到和操作，从而消除了数据“处理”的过程，提高了计算速度。

“我们测试了100兆字节的数据搜索，使用PCRAM只需要1秒钟，比传统内存快19倍。”陈厚鹏说，100兆字节的数据相当于《二十五史》中的信息量。

目前，宋团队是世界上唯一一个掌握了嵌入式芯片PCRAM核心技术的团队。然而，存储技术的变化一直在变化。为了找到更低功耗和更快速度的相变存储材料，我们必须依靠基础研究的不断突破。

现在，宋的团队已经在实验室找到了性能更好的材料，并正在进行性能测试。“2011年，我们的8M芯片实现了所有存储功能。当时录制的音频仍然可以清晰地播放。”宋表示，这仍然是一项180纳米的芯片技术。现在，他们的重点是40纳米芯片存储器，这是国家重大集成电路科技项目的主要任务。

我们已经初步开放了“原始创新-技术开发-产业化”链条中的所有关键环节。在产学研紧密合作的模式下，国内PCRAM技术将为中国半导体产业带来新的发展机遇。