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1、信息存储：大数据的基础,主讲人：张有光2019年11月20日,电子信息专业导论10,信息简史,获取 传输 处理 存储 显示 应用,存储器：记忆的场所,获取 传输 处理 存储 显示 应用,大数据与云存储,阿里：西南数据中心,腾讯：数据中心,贵州：大数据战略,中美贸易摩擦：凸显集成电路的重要性,2018年11月3日美国制裁晋华,主要内容,机械硬盘：计算机普及的基石固态硬盘：NOR闪存与NAND闪存动态内存：静态与动态存储器新型存储：忆阻器与磁性存储,存储体系架构,机械硬盘发展史,PC电脑的重要部分,1956年第1块硬盘 RAMAC,容量5 MB重量900kg盘片50张直径24“100万美元,温切斯
2、特技术与硬盘小型化,1973年温切斯特硬盘IBM3340直径14英寸容量：30MB,头盘磁头盘片主轴,1979年薄膜磁头技术IBM3370直径14英寸容量：571MB,希捷公司成立：5.25英寸硬盘,Seagate希捷ST 506 5.25英寸 5MIBM PC配套硬盘,Alan Shugart Finis Conner,MR(Magneto Resistive) 3.25英寸硬盘 1988,IBM 0663-E12 磁感应写入、磁阻读取的方式 20M bit/平方英寸，读写灵敏度、磁道密度、转速,巨磁阻效应GMR磁头与大容量硬盘,1994年GMR磁头发明1997年GMR磁头商用,1997-2
3、007:容量提升851倍1TB级别，每年300亿美元,GMR效应：硬盘磁头的革命,Albert Fert,Peter Grnberg,07年诺贝尔物理奖,97年大规模应用,88年发现GMR,FM: 铁磁层,NM: 非磁层,微硬盘与乔布斯第1代iPod2001年,iPod： 将1000首歌放进口袋！,东芝1.8英寸硬盘存储容量高达5GB,机械硬盘的未来发展之路,2006年垂直磁记录PMR,2013年叠瓦式磁记录SMR,机械硬盘的未来发展之路,2019年热辅助磁记录HAMR希捷推动 容量可达20T,2019微波辅助磁记录MAMR西部数据 容量相当,机械硬盘的未来发展之路,希捷：多磁盘硬盘单驱动器,
4、两个独立的驱动器,二、固态硬盘：闪存NAND,摩尔定律支持下的固态存储,只读存储器 ROM、PROM、EPPROM,第一款EPROM电可擦除,故事：多夫弗罗曼1969从SRAM可靠性调查开始的，电子集聚导致质量问题,多夫弗罗曼在实验室,1967年施敏教授 发明浮栅存储器件,在美国贝尔实验室发明，1983年用于任天堂游戏机,半导体教父：施敏 与 浮栅存储器件,闪存：更小 更快 更方便-半导体存储,1984，东芝首先发明闪存 NOR NAND1988，Intel率先推出产品1989，东芝首先发明闪存 NAND,舛冈富士雄,NAND快读写，容量大,NOR NAND按字节读写,闪存：更小 更快 更方便
5、,NAND闪存应用U盘、存储卡、固态硬盘、记忆棒数据中心存储器NOR NAND代替EEPROM，用于游戏机、液晶显示器,闪存盘之父 邓国顺与朗科公司,USB + 闪存U盘、优盘,闪存规模化应用 -2013年超越机械硬盘,2005年9月iPod Nano,大容量之路：东芝3D闪存示意图96层,存储领域投入2600亿，其中武汉新芯1600亿、清华紫光1000亿-长江存储,2016年我国存储领域投资,长江存储：闪存国产化发展之路,长江存储Xtacking架构,赛道存储：未来3D存储,Stuart S.P. Parkin,2014 硬盘驱动器先驱赢得千禧科技奖 100万欧元,三、内存DRAM：千亿美元
6、,产业转移：美国、日本、韩国,存储体系架构：容量与读取速度,16KB,300-500 ps,128KB,500-1000 ps,1024KB,1000-2000 ps,8MB,2-10 ns,8GB,10-50 ns,256GB,10-50 us,2TB,10-50 ms,SRAM是计算内存的必备部件，确保计算速度及程序的复杂度。主要存储指令集及核心数据,磁芯存储器发明人 王安,1986 自传教训,49年 专利申请 53年转让 50万美元,SRAM：静态随机存储器,1964年，仙童发明 64 bit1971年，英特尔大规模量产 速度快，约1ns CPU高速缓存 功耗高，6个晶体管存 1bit
7、掉电丢失数据,内存原理图：SRAM与DRAM,静态随机存储器SRAM,动态态随机存储器DRAM,DRAM：动态随机存储器,1966年，IBM 登纳德 发明1970年，英特尔 大规模量产晶体管 + 电容 = 存储单元读写速度约10ns，集成度高电容放电，不断刷新功耗高掉电，丢失数据,DRAM C1103,大容量之路-Wioming 3D IC堆栈,速度 DRAM， 容量 10*DRAM,英特尔美光推出全新存储芯片 比SSD速度快千倍,四、忆阻器与磁性存储,非易失性新型存储,迷失的第4元件与蔡少棠：忆阻器之父,无心插柳：忆阻器的发现,2008年 HP 威廉姆斯与斯奈德,MRAM 磁随机存储器,20
8、03年 飞思卡尔 非易失性抗辐射性无限擦写次数读写速度10ns,STT-MRAM 自旋转移矩效应,自旋转移矩效应1996年Slonczewski和Berger提 出猜想，电流直接诱导磁化翻转2004年 IBM与南巴黎大学 验证2013年产业化，生产工艺90nm,John Slonczewsk IBM,Luc Berger CMU,垂直磁各向异性 STT-MRAM,性能指标2013年10 nm工艺尺寸 10uA 写入电流 1ns 写入时间10年 数据保存,2018年 大规模取代 DRAM？,58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials 4-8 November 2013, Denver, Colorado, USA,自旋电子学 发展趋势,东芝预测,2030,2020,2014,台积电量产嵌入式STT-MRAM 存储芯片，全面取代嵌入式FLASH及部分取代最外层SRAM。基于该技术的AI芯片已经开始测试（2018年8月TMRC 会议发布），可大幅度提升人脸识别等芯片性能并降低功耗,自旋电子与人工智能AI -2018年,谢 谢！,信息存储：大数据的基础,电子信息专业导论10,
