隨著人工智能技術(shù)，尤其是大語言模型、多模態(tài)模型和邊緣AI應(yīng)用的廣泛落地，企業(yè)不僅對算力提出了更高的要求，對存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求也發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)在面對AI工作負(fù)載時(shí)，往往在帶寬、延遲、容量、能耗和持久性之間難以兼顧，極易形成“存儲(chǔ)墻”瓶頸。AI訓(xùn)練與推理不僅需要海量數(shù)據(jù)的高吞吐訪問，更要求存儲(chǔ)系統(tǒng)具備低延遲、高耐用、非易失和存算一體等能力。

目前，以NAND Flash為核心的全閃存存儲(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)成為智算中心的主力存儲(chǔ)，雖然在性能上全閃存取得了巨大進(jìn)步，但是面對指數(shù)級(jí)增長的AI工作負(fù)載，仍然存在性能、能耗等瓶頸，這也加速推動(dòng)了新一代存儲(chǔ)介紹研發(fā)的進(jìn)程。

目前，以MRAM、PCM、ReRAM、FRAM以及新興的“破曉”皮秒閃存為代表的新型存儲(chǔ)介質(zhì)，正逐步從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，成為支撐下一代智能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)底座。本篇文章，我們將對下一代的存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行一下盤點(diǎn)。

1. 磁變存儲(chǔ)器（MRAM）：非易失與高速的黃金組合

MRAM利用電子自旋進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，兼具SRAM級(jí)速度與Flash級(jí)非易失性，尤其適合作為緩存、嵌入式存儲(chǔ)和存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存使用。STT-MRAM與SOT-MRAM是目前主流技術(shù)路線，后者在速度、耐用性和微縮性方面更具優(yōu)勢。

2025年，三星推出14nm eMRAM專為車載AI系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具備超低寫入能耗和高可靠性。臺(tái)積電也優(yōu)化了STT-MRAM工藝，與NXP合作推動(dòng)其在邊緣AI設(shè)備中的應(yīng)用。國內(nèi)如致真存儲(chǔ)、?？雕Y拓等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，青島海存微電子正在建設(shè)國內(nèi)首條8英寸MRAM后道產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2025年底通線。

在AI系統(tǒng)中，MRAM可作為模型參數(shù)的持久化緩存，顯著減少從NAND加載的延遲，提升推理響應(yīng)速度。

2. 相變存儲(chǔ)器（PCM）：填補(bǔ)DRAM與NAND之間的鴻溝

PCM利用硫系材料在晶態(tài)與非晶態(tài)之間的電阻變化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，具備接近DRAM的寫入速度、優(yōu)于NAND的耐用性，以及高密度潛力。英特爾與美光曾推動(dòng)3D XPoint技術(shù)，雖已退出市場，但行業(yè)仍在探索其替代方案。

國內(nèi)方面，北京時(shí)代全芯、新存科技、中科院上海微系統(tǒng)所等單位已在PCM芯片研發(fā)與量產(chǎn)方面取得突破。新存科技于2024年實(shí)現(xiàn)64Gb三維相變存儲(chǔ)器“NM101”量產(chǎn)，基于華中科技大學(xué)繆向水團(tuán)隊(duì)的93項(xiàng)核心專利，為中國存儲(chǔ)自主可控奠定基礎(chǔ)。

PCM適用于AI訓(xùn)練中的數(shù)據(jù)緩存、模型快照存儲(chǔ)，以及在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中作為突觸器件，實(shí)現(xiàn)存算一體。

3. 阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）：AI芯片的“存算融合引擎”

ReRAM通過電壓調(diào)控介質(zhì)電阻狀態(tài)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，具備結(jié)構(gòu)簡單、高密度、多位存儲(chǔ)等優(yōu)勢，尤其適合存算一體架構(gòu)。其快速讀寫（<100ns）、高耐久和低功耗特性，使其成為AI加速芯片的理想選擇。

億鑄科技等國內(nèi)企業(yè)已在ReRAM存算一體芯片領(lǐng)域布局，2025年新增30余項(xiàng)專利，并參與國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。中芯國際、臺(tái)積電等代工廠也在推進(jìn)ReRAM工藝平臺(tái)建設(shè)。

ReRAM可部署于AI推理卡、邊緣計(jì)算設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)矩陣乘加運(yùn)算的存內(nèi)執(zhí)行，徹底突破“內(nèi)存墻”限制。

4. 鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）：高可靠與低功耗的極致平衡

FRAM憑借鐵電材料的極化特性實(shí)現(xiàn)快速讀寫與非易失存儲(chǔ)，在智能電表、醫(yī)療電子、工業(yè)控制等對可靠性與功耗極為敏感的場景中不可替代。德國FMC公司與Neumonda合作建設(shè)FeRAM產(chǎn)線，國內(nèi)無錫舜銘存儲(chǔ)也實(shí)現(xiàn)非專用晶圓廠代工FRAM，推動(dòng)其在汽車電子與AIoT中的應(yīng)用。

在AI系統(tǒng)中，FRAM可用于存儲(chǔ)關(guān)鍵配置參數(shù)、模型元數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)在極端環(huán)境下仍能快速啟動(dòng)與穩(wěn)定運(yùn)行。

5. 破曉（PoX）皮秒閃存：顛覆傳統(tǒng)架構(gòu)的“未來之星”

2025年4月，復(fù)旦大學(xué)周鵬-劉春森團(tuán)隊(duì)發(fā)布“破曉”皮秒閃存，其擦寫速度達(dá)400皮秒，超越SRAM，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與計(jì)算速度相當(dāng)。該技術(shù)有望徹底消除存儲(chǔ)層級(jí)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)，支持AI大模型在終端設(shè)備中的本地部署。

盡管商用尚需時(shí)間，但PoX代表了存儲(chǔ)技術(shù)的終極方向之一：在速度、能耗與集成度上全面超越現(xiàn)有技術(shù)，為下一代AI系統(tǒng)提供底層支撐。

未來展望：存儲(chǔ)與AI的協(xié)同進(jìn)化

筆者認(rèn)為，未來五年，隨著AI應(yīng)用向邊緣端、終端和垂直行業(yè)滲透，存儲(chǔ)系統(tǒng)將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

一是異構(gòu)集成：MRAM、PCM、ReRAM等將與CPU/GPU/XPU通過3D堆疊、芯粒（Chiplet）等技術(shù)深度融合；

二是存算一體：ReRAM、PCM等將成為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、存內(nèi)計(jì)算的核心器件，重構(gòu)AI硬件架構(gòu)；

三是標(biāo)準(zhǔn)化與生態(tài)建設(shè)：中國在新型存儲(chǔ)領(lǐng)域已具備專利與產(chǎn)能基礎(chǔ)，需加快技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同；

四綠色存儲(chǔ)：AI數(shù)據(jù)中心能耗壓力下，低功耗非易失存儲(chǔ)將成為必然選擇。

不難發(fā)現(xiàn)，存儲(chǔ)不再是數(shù)據(jù)的被動(dòng)容器，而是智能系統(tǒng)的核心組成部分。在AI大模型推動(dòng)下，MRAM、PCM、ReRAM、FRAM、PoX等新型存儲(chǔ)介質(zhì)正逐步走出實(shí)驗(yàn)室，成為支撐萬億參數(shù)模型、自動(dòng)駕駛、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵場景的基石技術(shù)。在這一進(jìn)程中，中國企業(yè)如致真存儲(chǔ)、新存科技、億鑄科技等已在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，充分展現(xiàn)出與國際巨頭同臺(tái)競技的實(shí)力。