内存管理的基本原理（内存产业无法再利用摩尔定律时）

当内存产业无法再利用摩尔定律创造新价值时，就必须寻找新技术建立能够创造新经济价值的新商业模式，下面我们就来聊聊关于内存管理的基本原理?接下来我们就一起去了解一下吧!

内存管理的基本原理

当内存产业无法再利用摩尔定律创造新价值时，就必须寻找新技术建立能够创造新经济价值的新商业模式。

为了更好地了解内存行业如何利用新技术创造新的经济价值，我们必须考虑内存的基本功能。根据冯诺依曼架构，处理器和内存是两个独立的核心模块。然而，由于处理器和内存的运行速度不匹配，内存可以根据运行速度分为三种类型——SRAM缓存、DRAM和NAND闪存SSD。在数据处理过程中，消息在处理器和NAND闪存SSD之间反复传输和转换。目前的计算半导体技术将数据处理所需的大部分功率用于这种重复的消息传输和转换，而真正的数据处理仅占功率消耗的一小部分。

一种不依赖于规模化并且能够持续增加经济价值的解决方案是让整个计算系统逐渐脱离冯诺依曼架构，从半导体组件开始。在这个逻辑的引导下，内存行业可以探索三种模式来创造新的经济价值：新兴内存；以内存为中心的计算；面向应用的内存和逻辑IC的集成。

发展新兴内存的道路是明确的。基本上，新兴内存应该具有与DRAM相同的数据读写速度和耐用性，以及与NAND闪存相同的大存储容量和持久数据存储能力。新兴内存应该兼具内存类型和存储类内存的功能。严格来说，内存被认为是不稳定的。例如，SRAM和DRAM的运行速度很快，但只能临时存储数据。另一方面，内存被认为是永久性的，例如NAND闪存。存储级内存是指既可以用作易失性内存又可以用作永久存储的新组件。MRAM和FeRAM（或FeFET）是这种新兴内存的潜在候选者，并且它们可以通过消除DRAM和NAND闪存之间的重复数据传输来显著降低功耗。新兴内存发展潜力巨大，SOTMRAM和FeFET可能升级为3D结构。

以内存为中心的计算开发有短期、中期和长期目标。第一个是近内存计算，它通过将处理器移近DRAM来减少传输延迟和功耗。该技术将多层DRAM芯片堆叠起来，并与处理器结合，形成一个采用高端封装的模块，并且已经在行业中得到应用。HPC的发展现在正朝着这个方向发展。下一步可能是将DRAM和处理器之间的所有电气连接转换为光信号连接，以提高传输速度并降低功耗。

中期目标是内存计算，这是近年来半导体行业会议上经常讨论的热门话题。该方法是让新兴内存同时执行处理器和内存的功能。这种计算结构从本质上脱离了冯诺依曼架构，不再将处理器和内存视为独立的实体，因此可以消除处理器和内存之间重复数据传输带来的延迟和功耗。

长期目标是神经形态芯片，它正在从自然进程中学习并模仿人类大脑的工作方式。通过使用忆阻器模拟人脑中的神经元和突触，该芯片学会建立和增强突触的连接和生长。英特尔的Loihi I和Loihi II就是朝着这个方向进行初步尝试的例子。

开发面向应用的存储逻辑IC集成是一种可以创造新经济价值的模式，是业界已经采用的异构集成。使用先进封装技术将DRAM、ISP（图像信号处理器）、滤波器和微透镜集成到CIS（CMOS图像传感器）中是近程计算应用的一个示例。另一个例子是使用WoW(wafer-on-wafer)或CoW(chip-on-wafer)封装技术集成DRAM和AI芯片，例如最近进入量产的Graphcore的IPU-2。尽管该模型的发展方向还未确定，但有望成为汽车半导体和AIoT应用中集成处理器和内存的流行方法。这种模式预计将被广泛采用。

这种应用方法的特殊之处在于使用的内存不需要有标准化的规格。它的重要含义是DRAM将不再被视为商品，而是将作为面向特定应用的设计的产品。

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