使用量子力学技术的新型超低功耗存储器或将取代DRAM和Flash

看到了当前的数字技术能源危机，兰开斯特大学的研究人员开发出了一种可以解决这一问题的新型计算机并申请了专利。

这种新型的存储器有望取代动态随机存取存储器（DRAM）和闪存（Flash）驱动器。强大且超低能耗计算时代即将来临，你准备好了吗？

研究人员对这一进展有充分的理由感到兴奋。物联网在家庭和办公室的出现在很大程度上方便了我们的智能生活，但以数据为中心也将消耗大量的能源。无论是互联智能设备、音箱还是其它的家用设备将需要能量来处理所有“数据”以提供最佳功能。

事实上，能源消耗是一个非常令人关切的问题，而高效率的照明和电器节省的能源实际上可以通过更多地使用计算机和小工具。根据一个研究预测，到2025年，数据洪流预计将消耗全球电力的五分之一。

新开发的电子存储设备能够以超低的能耗为服务所有人日常生活。这种低功耗意味着，存储设备不需要启动，甚至在按键切换时也可以立即进入节能模式。

正如兰开斯特大学物理学教授Manus Hayne 所说，“通用存储器稳定的存储数据，轻易改存储的数据被广泛认为是不可行，甚至是不可能的，新的设备证明了其矛盾性。”

“理想的是结合两者的优点而没有缺点，这就是我们已经证明的。我们的设备有一个固有的数据存储时间，预计超过宇宙的年龄，但它可以用比DRAM少100倍的能量存储或删除数据。” Manus Hayne表示。

为了解决和创造这种新的存储设备，研究人员使用量子力学来解决稳定的长期数据存储和低能量写入和擦除之间选择的困境。

刚刚获得专利的新设备和研究已经有几家公司表示对此感兴趣，新的存储设备预计将取代1000亿美元的动态随机存取存储器（DRAM）市场。

上述这种技术到底如何实现？雷锋网找到了兰开斯特大学的研究人员发表的《Room-temperature Operation of Low-voltage, Non-volatile, Compound-semiconductor Memory Cells》的论文，可以再进一步了解这个技术。

文章中指出，虽然不同形式的传统（基于电荷）存储器非常适合应用于计算机和其他电子设备，静态随机存取存储器（SRAM），动态随机存取存储器（DRAM）和闪存（Flash）具有互补的特性，它们分别非常适合在高速缓存、动态存储器和数据存储中的发挥作用。然而，他们又都有自身的缺点。这就意味着市场需要新的存储器，特别是，同时实现稳定性和快速、低压（低能量）的矛盾要求已证明是具有挑战性的。

研究团队报告了一种基于III-V半导体异质结构的无氧化浮栅存储器单元，其具有无结通道和存储数据的非破坏性读取。非易失性数据保留至少100000s ，通过使用InAs/AlSb的21eV导带偏移和三势垒共振隧穿结构，可以实现与≤26V的开关相结合。低电压 *** 作和小电容的组合意味着每单位面积的固有开关能量分别比动态随机存取存储器和闪存小100和1000倍。因此，该设备可以被认为是具有相当大潜力的新兴存储器。

具体结构方面，这是一种新型低压，化合物半导体，基于电荷的非易失性存储器件的概念进行设计、建模、制造适合室温运行。利用AlSb / InAs惊人的导带阵列进行电荷保持，以及形成谐振隧道势垒，使研究团队能够证明低压（低能耗） *** 作与非易变储存。该器件是由InAs / AlSb / GaSb异质结构构成的FG存储器结构，其中InAs用作FG和无结通道。研究团队通过仿真验证了器件的工作原理，并给出了器件的关键存储特性，如编程/擦除状态的保留特性，并给出了在单个元件上的实验结果。

雷锋网编译，via interestingengineering、nature

随着 科技 的发展，物联网已经成为了大多数人所不能离开的一项高新技术，它通过各式各样的传感器实实在在地改变了我们日常生活，在生活中的几乎所有场景都可以见到它的身影。无论是家居、交通还是物流、工业领域，都因为物联网技术而变得更加智能化。

物联网究竟是什么

物联网，顾名思义就是万物相连的互联网，它是由互联网引申出来的含义，目前广泛运用在工业、农业、交通、家居、安保等领域内，有效推动了这些领域的智能化发展，也进一步拓展了发展潜力，将智能与数据化慢慢渗透于这些行业内。

同时物联网不仅可以提供信息传递功能，还具备对信息智能处理功能。它通过每一个传感器上的信息获取能力，通过互联网的方式进行有效传达，做到实时更新数据信息，并与智能分析、AI等技术进行结合，使其通过智能处理技术分析获取的海量信息，实现更有意义的传递。

不过物联网并不能脱离互联网而单独存在，它的核心仍然是互联网。它所收集的海量信息以及分析结果都需要互联网进行传递，这才能够实现万物互联的效果。

物联网当前所遇到的难题

根据GSMA（全球移动通信系统协会）预测，在2020年物联网的连接数将达到126亿，2025年物联网的连接数将达到252亿。虽然已经达到如此体量，但是从物联网推进到普及的过程中，仍遇到不少难题，这也为物联网之后的发展带来一定程度上的阻碍。

由于物联网的传感器身材都比较小，所以能耗问题一直都没有很好地解决。要么需要增加身材，要么需要降低性能，而且耗电量、成本等问题依然是物联网的痛点所在。此外，有很多物联网设备由于使用场景复杂，并无法使用外接电源，而且电池更换成本昂贵，所以低功耗就是物联网在这些场景下的一个最基础必备条件。

虽然目前4G已经大规模普及，而且市面上已经出现了很多5G手机，但是在物联网方向上，大多数物联网设备仍采用2G网络。这与网络覆盖率和成本息息相关，所以这是2G网络迟迟没有退网的一个原因。

此外，由于物联网每天会收集和传输大量信息，所以在安全方面也是物联网一直面对的一个难题。

NB-IoT芯片解决痛点，已经准备就绪

在过去，很多物联网产品每天传输的数据很低，而且不需要高速的传输效率，所以物联网芯片一直以低成本的2G为主。不过随着当前物联网的快速发展，物联网的连接数大幅度增长，过去的2G物联网不足以支撑目前的体量，需要一种新型的技术来引领物联网升级。

于是NB-IoT作为一种覆盖度广、低功耗、低成本的一种新型物联网技术，便进入众多开发者的视野中，这种技术在一些低功耗低成本的通信场景中，相比现在的2G物联网技术表现要更加出色、优秀。

目前NB-IoT芯片行业以华为、高通等一线大厂为主。

NB-IoT能否担负重任？

在提及到NB-IoT行业的前景和展望时，NB-IoT行业经历了四个阶段，分别是燥热、绝望、冷静和成熟，目前产业已经逐渐走向成熟，包括运营商的网络、芯片模组终端应用以及整个市场对于这项技术所持有的期望，这些都是非常理性和成熟的。

过去大家认为包括功耗、成本、性能在内的，这些阻碍NB-IoT发展的几个因素都已经被整个产业一一解决掉了，所以随着运营商网络的进一步的提高覆盖率增强，那么NB-IoT便会得到迅速的爆发。同时，NB-IoT的网络标准会在未来的5年内与5G网络完全融合，在未来的5~8年内，4G网也将开始步入退网通道，所以将与5G网络融为一体的NB-IoT的生命周期也会非常长的。

相比于智能手机这种3C市场来说，目前NB-IoT仍然是一个小市场，它具备非常清晰的细分，当前需求最刚性的就是抄表市场。而对于像共享单车、医疗 健康 设备、资产跟踪管理、宠物跟踪等在内的其他的新型市场来说，这些都是NB-IoT正在 探索 的领域。

总结

未来几年，物联网仍然将保持着急剧式增长，产业需要通过不断更替，吸收新鲜技术才可以保障长久发展。目前已经到了物联网需要更新换代的时刻，在以NB-IoT技术驱动为核心的公司支持下，相信会持续发力，承担起物联网中部分领域的重任。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
物联网产业链包含芯片提供商、传感器供应商、无线模组(含天线)厂商、网络运营商、平台服务商、系统及软件开发商、智能硬件厂商、系统集成及应用服务提供商八大环节。芯片提供商是物联网的大脑，也是物联网产业链价值最高的环节。低功耗、高可靠性的半导体芯片是物联网几乎所有环节都必不可少的关键部件之一。依据芯片功能的不同，物联网产业中所需芯片既包括集成在传感器、无线模组中实现特定功能的芯片，也包括嵌入在终端设备中提供“大脑”功能的嵌入式微处理器。传统的国际半导体巨头，如ARM、英特尔、高通、飞思卡尔等;国内主要厂商包括：华为海思、展讯、中兴微、北京君正、华天科技等。

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