SRAM、DRAM之外，存储还有哪些选择？

随着AI推动海量数据在处理器、加速芯片与嵌入式系统中流转，法国原子能委员会电子与信息技术实验室（CEA-Leti）正在重新审视存储器技术路线图。该机构并不押注某一项单一新兴技术去取代SRAM、DRAM或NAND闪存。相反，CEA-Leti认为各类新型存储器将填补现有方案的空白，构建更加多元化的存储层级，适配AI对更大容量、更低功耗、存储单元更靠近算力单元的需求。

CEA-Leti存储实验室负责人、Leti院士François Andrieu表示，当前存储技术路线图主要分为两大方向。“第一条路线植根于Leti长期开展的嵌入式非易失性存储器（eNVM）研究，主要面向微控制器应用场景。”他接受采访时说道，“第二条路线由AI需求驱动，核心挑战是让更多数据保存在距离算力单元更近的位置。”

路线图两大发展方向

第一条路线依然具备重要价值。各类设备愈发需要在线更新，微控制器需要扩容存储，但又不必一味采用成本高昂的先进逻辑工艺节点。Leti已与Weebit Nano合作研发阻变存储器（RRAM），Weebit Nano客户包括DBHitek、安森美与德州仪器；同时，Leti还与意法半导体共同研发下一代相变存储器（PCM）。Andrieu称，这些技术已经在嵌入式存储路线图占据一席之地，可应用于28纳米、18纳米工艺平台。

第二条路线的重要性正快速提升。尽管大众讨论AI时大多聚焦大型数据中心，但Andrieu指出，边缘设备同样面临严峻的存储压力。各类系统向物理人工智能演进，设备具备环境感知能力，传感器与处理器的耦合程度持续加深。

这一趋势改变了存储器的功能定位。AI系统推理需要低功耗读取、模型权重需要持久化存储，同时处理器周边需要更大容量的工作存储器。多数场景下，行业目标并非淘汰现有存储，而是在现有存储层级中嵌入新型技术，补齐SRAM、DRAM、NAND无法同时兼顾密度、速度、耐久度、非易失性与能效的短板。

部分新兴存储器可以实现嵌入式非易失存储，保存代码与数据；一部分能够将AI权重就近部署在算力单元周边；还有一部分充当推理、上下文缓存、键值缓存所需的工作存储器；另有方案可支撑存内计算，或是依托存储器件物理特性实现创新计算架构。

“我们不会取代SRAM、DRAM或是NAND。”Andrieu表示，“但市场存在空间引入全新、具备互补特性的新型存储器。”

铁电存储器（FeRAM）加速迈向产业化

铁电存储器（FeRAM）是Leti现阶段重点研发的候选方案之一。Andrieu介绍，实验室正与FMC公司联合开展相关研究，大力推进FeRAM技术，该器件兼具合适的密度、高耐久度与高速特性。“在部分应用场景中，设计人员可以在耐久度与速度上做出取舍，换取非易失特性，打造一款类似低功耗、非易失版本DRAM的存储方案。”

Leti近期在22纳米工艺平台完成FeRAM集成验证，采用高深宽比结构提升存储密度。Andrieu称，这是目前eNVM方案中尺寸最小的FeRAM集成方案。“这项工作意义重大，它推动FeRAM从单一器件实验成果，走向具备量产可行性的集成方案。”

目前Leti仅完成小型阵列验证，正朝着兆比特规模FeRAM集成方案推进。Andrieu表示，想要实现产品落地，仍需突破材料瓶颈，并吸引头部工业厂商参与导入。

FeRAM面临一大核心难题：在极薄薄膜状态下维持铁电特性，同时在后端制程完成集成，并且集成流程不能破坏底层CMOS工艺的热预算。工作电压同样是关键痛点。“当前部分铁电存储器所需工作电压依旧高于核心逻辑电压，同时影响读写速度与功耗水平。”Andrieu说道。

整个新兴存储领域普遍面临相似难题。学术研究可以实现性能亮眼的器件与材料原型，但从实验室走向工业化产品之路十分漫长。新材料需要融入超大规模集成电路（VLSI）制造流程；器件单元扩展为存储阵列；阵列搭建为完整电路；厂商还要攻克器件差异性、可靠性、良率、耐久、数据保持时间、纠错机制、工作电压与外围电路集成等一系列难题。

Andrieu认为，这种从学术器件原型到工业化技术的转化，正是Leti这类研究与技术转移机构（RTO）的核心价值所在。“弥合这道鸿沟，就是我们的使命。”

这条技术鸿沟在后端集成存储领域尤为突出。Andrieu提到，很多学术演示采用灵活的实验工艺，适合探索验证，却无法直接用于VLSI量产。一旦存储器件置入真实微电子制造环境，研究人员必须考量氢扩散、氧空位、后端制程工艺兼容性等各类问题。

数据中心拉动市场需求

对Leti而言，制定存储路线图不只是挑选最优存储材料，更要证明材料能够完成工艺集成、实现微缩，并与系统其他模块高效协同工作。Andrieu指出，新型存储器想要实现产业化落地，必须依托庞大市场支撑。数据中心对存储带宽、容量与能效的需求持续攀升，是少数体量足以覆盖新技术研发投入的市场。

这种“互补共存”的技术路线对欧洲产业尤为重要。如果新兴存储器能够在后端制程完成集成，厂商便可在成熟度相对宽松的CMOS工艺节点之上叠加差异化功能。欧洲企业不必单纯在先进前端逻辑工艺赛道竞争，可以依托存储集成、后端微缩、垂直堆叠密度打造竞争力。

Andrieu表示，欧洲迎来机遇：后端集成存储技术，可以让厂商在成熟CMOS平台上叠加差异化能力，不再仅仅依靠前端晶体管微缩争夺市场。“对于欧洲产业来说，这条路线极具吸引力。”

按照这套发展模式，欧洲不必一味比拼制造最小尺寸晶体管，而是通过在成熟CMOS平台上方集成高密度、低功耗或者非易失存储器创造附加值。

由此衍生两条微缩路径：第一种是传统平面微缩，通过缩小XY平面特征尺寸提升存储密度；第二种为垂直微缩，通过向上叠加多层结构扩充存储容量。Andrieu称，嵌入式存储与芯粒存储均可受益于“宽松工艺节点+后端/垂直集成”方案。他补充，后端集成存储器更便于实现存内计算，能够进一步降低功耗与访问延迟。

大众看待新兴存储研究，常常将其视作一场寻找“全能替代者”、取代现有成熟方案的竞赛。但Leti路线图思路更加务实：SRAM、DRAM、NAND将持续存在；相变存储器、阻变存储器、FeRAM等技术，将在架构与经济层面具备优势的场景落地应用。一部分面向微控制器，一部分支撑边缘AI，还有一部分服务于数据中心推理或工作存储场景。

在CEA-Leti的构想中，存储器行业未来并非由一种主流技术彻底替代另一种技术。而是分层演进路线：各类新型存储器填补现有存储层级之间的空白，并越来越多地向上布局至后端工艺与三维垂直维度。