内容提要：

3 新型非易失存储器

新型非易失存储器具有低延迟、高密度和非易失的特性，速度也接近DRAM，但技术尚未成熟，大部分还是处于研究阶段。 从目前发展趋势来看，有两大阵营：一种是代替当前的DRAM 和FLASH，在传统的冯·诺依曼体系下的SCM （Storage Class Memory）；另一种是非冯·诺依曼体系下的，既可以做存储，又可以在原位进行计算，即存算一体或存算融合，如将人工智能或图像处理的算法等融合进去。

3.1 磁阻存储器

由于相变存储器PCM 和电阻式存储器RRAM都可以看作是忆阻器，因此可以用来做存储，也可以做存算一体，这两条路径一直都在向前发展。 磁阻存储器的发展历程如图7 所示。

图7 磁阻存储器的发展历程Figure 7 Development history of magnetoresistive memory

磁阻存储器主要包括传统的MRAM 和自旋转移矩MRAM（STT-MRAM）。 传统的MRAM 通过电流流过产生磁场改变MTJ （Magnetic Tunnel Junction）中的自由层磁矩方向，其特点是结构复杂、干扰大。 STT-MRAM 是第二代MRAM 技术，通过自旋电流实现自由层磁矩方向的改变。 美国的Everspin 公司一直是MRAM 产品的领导者， 已推出了多款独立式和嵌入式MRAM 存储器，并于2020 年发布了28nm 单片1Gb STT-MRAM 芯片。

3.1.1 磁阻存储器研究现状

目前有关磁阻存储器的研究比较丰富，主要包括以下几方面：

单元、 阵列级别的研究：22nm，32 2Mb eSTTRAM 设计，低延迟高寿命，并对磁场干扰免疫；3D扩展，3D1S1R 结构； 将FinFET （鳍式场效应晶体管，Fin Field-Effect Transistor） 和STT-RAM 集成，用于降低系统的延迟和面积。

可靠性方面的研究：Last Level Cache（LLC），破坏读问题，延迟恢复机制；STT-MRAM based FPGA，干扰感知内存分组； 两个MLC 存储3 位的数提升可靠性和性能。

MLC 单元优化的研究：采用MLC 的两位组成快慢区域；采用数据编码，最小两步状态转换提升MLC 寿命和性能；……