图 0.2 不同存储器在访问时间、集成密度和擦写次数之间的折中。图中展示出新型存储器
在存储级内存和末级缓存中的发展机遇
01 静态随机存取存储器（SRAM）
SRAM是一种易失性存储器，其特点是速度快、功耗相对较高，成本也较高。SRAM的基本存储单元通常由6个晶体管构成，被称为6T SRAM单元。SRAM的稳定性分析包括静态噪声容限和动态噪声容限，以及读与写的辅助方案。SRAM的漏电流是设计中需要关注的问题，特别是随着工艺节点的缩小，亚阈值电流对SRAM的影响日益显著。SRAM的版图和微缩趋势也是研究的重点，随着工艺技术的发展，SRAM的微缩也面临着挑战。
图 1.1 a)SRAM 子阵列及外围电路原理图; b)列侧外围电路原理图
图 1.2 6T SRAM 单元的电路原理图
SRAM具有极高的读写速度，通常被用作CPU和GPU的高速缓存。它的优势在于快速访问和低延迟，但同时也面临着高成本和高功耗的挑战。随着工艺节点的缩小，SRAM的微缩趋势和漏电流问题也日益显著
02 动态随机存取存储器（DRAM）
图 2.1 DRAM 子系统层次结构，包括通道、DIMM、芯片、存储区和子阵列
DRAM是大多数计算机系统的主要内存类型，以其大容量和低成本著称。然而，DRAM的速度较SRAM慢，且需要定期刷新以保持数据。随着AI技术的发展，对高速存储器的需求日益增长，尤其是高带宽内存（HBM）的引入开始逐步挤占传统DRAM产品的产能。
03 闪存（Flash）
Flash是一种非易失性存储器，具有高密度和快速读写能力。Flash的器件原理基于浮栅晶体管的工作原理，其擦写机制涉及到电子的注入和抽离。Flash的阵列结构包括NOR和NAND阵列，以及外围高压电路。随着技术的发展，3D NAND Flash通过立体集成技术提高了存储密度和性能。
04 新型非易失性存储器
PCM是一种新兴的非易失性存储器技术，具有高速读写、高耐久性和低功耗的特点。它在AI服务器和高性能计算领域有广泛的应用前景。然而，PCM在复位过程中需要大电流，这对能效产生负面影响，给PCM在能源敏感应用中的广泛应用带来了挑战。不过，通过创新设计，如采用可相变SiTex纳米丝，可以有效降低PCM复位电流，提高其在能源敏感应用中的实用性。
05 存算一体（CIM）
图5.1 存算一体(CIM)范式示意图。神经网络的一层被映射到存储器子阵列中。输入作为电压并行加载以激活多行，列电流由模数转换器(ADC)相加并数字化。这里的存储器单元可以通过 1T1R、1T1F 或 8T SRAM 来实现
CIM是一种新兴的计算架构，它将存储和计算功能集成在同一芯片上，以减少数据传输延迟，提高计算效率。CIM在智慧城市建设和未来发展趋势中扮演着重要角色，尤其是在全息感知体系、城市大脑和零碳园区等研究方向。CIM面临的挑战包括数据的海量存储和处理需求、数据权属分割以及系统应用的实施难度。
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