利用磁性材料作为打算机用内存，可以追溯到1940年代末发明磁芯(Core)内存之时。从1960年代起，硅基内存的涌现，阻碍了磁性内存的进一步发展，同时也带动静态随机存取内存(SRAM)、动态随机存取内存(DRAM)以及各种形式的非挥发性内存被广泛采取。各种内存类型迅速扩展，伴随着打算机中心处理单元(CPU)对付加快速率的哀求，导致了所谓的“内存阶层”(memory hierarchy)，如图1所示。
图1：内存阶层显示传统内存类型如何以速率(越靠近顶部速率越快)和容量(靠近底层容量最大)排列
速率更快且更昂贵的SRAM内存在实体上更靠近CPU，二者常日位于同一个芯片上。另一方面，相对速率较慢的DRAM内存在实体上阔别采取客制芯片工艺制造的单独芯片，从而为最大内存密度实现优化。只管金字塔形的阶层式内存可能给人固定不变的印象，但是，存在数十年的内存类型在利用上仍旧涌现了重大问题。
如今，间隔SRAM的发明已经将近50年了，内存家当正处于颠覆的阵痛期。 NAND Flash已经朝向3D转型，而DRAM也正靠近其微缩极限。SRAM在经由多年作为片上存储器(on-chip memory)的骨干后，如今也在本钱和能量耗费方面遭遇严厉的寻衅。这些半导体内存方面的问题，加上所涉及的市场规模，导致市场上陆续涌现各种候选技能以取代内存——特殊是针对SRAM。
SRAM面临的寻衅
SRAM是采取任何CMOS工艺“免费供应”的内存。自CMOS发展早期以来，SRAM一贯是开拓和转移到任何新式CMOS工艺制造的技能驱动力。随着比来用于深度学习的所谓“特定领域架构”(DSA)崛起，每个芯片上的SRAM数量达到了数百个兆位(megabite)。这带来了两项详细的寻衅。
第一项寻衅是随着采取FinFET晶体管的最新CMOS技能进展，内存单元尺寸的效率越来越低。从图2就可以看到，SRAM单元尺寸可以绘制为CMOS技能节点的一个函数。
图2：6T构造的SRAM单元尺寸在过去30年来的缩小演化。值得把稳的是，当 FinFET晶体管成为CMOS的根本后，速率开始趋缓（来源：1987～2017年国际电子组件会议(IEDM)）
从平面到FinFET (planar-to-FinFET)的转变对付SRAM内存单元的布局效率有着显著的影响。采取FinFET的临界间距逐渐缩小，导致SRAM单元尺寸缩减迅速减缓。有鉴于对付更大片上SRAM容量的需求不断增加，现在正是最糟糕的情形了。我们间隔SRAM将主宰全体DSA处理器大小的情形不远了。
第二项寻衅在于从正电源流经SRAM单元到接地的泄电流。个中很大一部份缘故原由是次阈值晶体管泄露的指数级温度启动——这意味着随芯片变热，这种泄电流将会急剧增加，这导致了能量的摧残浪费蹂躏。虽然这常日称为静态功耗，但这种泄电流也会在SRAM处于有效利用状态时发生，并形成能量摧残浪费蹂躏的下限。
近20年来一贯是利用缓解技能来限定这种影响，最前辈的办法是将SRAM电源电压从其事情值降落到所谓的数据保持电压(DRV)。一开始，这种技能带来明显减少的泄电流，降落至事情电源电压值的5到10倍。随着技能节点日趋进展，电源电压不断降落，事情电压和DRV之间的裕量也缩小了，导致利用这种技能的泄电流减少，大约仅减少2倍。
基本上，我们已经用尽了各种得以缓解泄电流的技能了，但“日益坐大”的SRAM容量仍将带来大量的电流浪费。图3显示CPU芯片上的SRAM容量每18个月增加一倍。
图3：随着片上SRAM容量不断增加，在50℃时预期会涌现的SRAM泄电流。图中结果仿照自次10奈米CMOS中的晶体管泄电流资料
这两种SRAM的寻衅，再上对付增加片上高速缓存速率和容量永无止境的需求，导致在本钱和摧残浪费蹂躏能源的利用方面造成真正的寻衅。这种需求同时来自行动和数据中央运用。由于电池寿命的限定，以往对付能源效率的需求显而易见，未来还会变得更主要。
由于深度学习而打造的DSA芯片该当可以为数据中央优化性能、本钱和能效。除此之外，其芯片须要在前向传播时“晃动”数据，为用于矩阵/向量打算的处理器实现优化。以“目标”比较所取得的数据，然后再将“缺点数据”“甩”回内存，以便用于下一个收敛周期。除了每秒Tera浮点运算(TFLOPS)的处理器之外，还须要越来越快的片上高速缓存，才能处理这种巨大的数据移动。
在许多此类DSA芯片平走运作的环境(例如数据中央)中，过程中如果效率不彰将导致数千安培的电流从主电源流向地面。这些大量摧残浪费蹂躏的泄电流自然会导致弘大的本钱摧残浪费蹂躏。
对技能发展的影响
当代技能的发展带来了资料泛滥。它最紧张的发展动力来自物联网(IoT)、5G、人工智能(AI)、扩增实境和虚拟现实(AR/VR)以及自动化。在大多数情形下，由于速率和能量的缘故原由，数据必须储存在靠近CPU的位置，意即与CPU核心位于同一芯片上。唯一一种能够如此靠近CPU的内存便是SRAM。
然而，SRAM由于效率不彰的尺寸和泄电流实质，导致这些发展驱动力的发展瓶颈。SRAM引起的速率和功率限定，阻碍了这些运用的明显进展，同时还不断地提高本钱。这导致对付各种新兴内存替代技能的需求和投资进步神速——特殊是须要高效率的SRAM替代内存。
