Andrea Redaelli分别于2003年和2007年获得意大利米兰理工大学电子工程学士和博士学位。从2007年起,他加入意法半导体公司,从事非易失性存储器先进技术研究。从2008年到2013年,他曾担任45nm和26nm PCM工艺开发的单元方面首席工程师,首先作为Numonyx公司员工,其后又加入美光科技公司。自2014年以来,Redaelli博士一直致力于3DXpointTM技术开发,负责单元堆栈优化和前沿研究活动。Redaelli博士是50多篇论文、100多项授权专利及提交申请专利的作者和共同作者。Fabio Pellizzer于1996年获得意大利帕多瓦大学电子工程硕士学位。于1998年加入意法半导体公司,致力于几代NOR闪存的开发。自2002年以来,他一直负责基于硫族化合物材料的相变存储器的工艺开发。自2008年3月以来,他加入Numonyx公司担任研发技术开发方面的相变存储器研发经理。于2011年5月,他加入美光科技公司,负责新存储技术开发。现在,他是美国博伊西市的3DXPoint技术部门的杰出成员和单元开发经理。他发表了60多篇论文,拥有130多项美国和欧洲授权专利。
原书前言从自动化历史发端以来,长期安全保存输入和输出数据的能力,一直是人们对于机器设备(特别是对电子计算机而言)尤为强调的关键需求。在现代电子计算机中,依据所谓“冯·诺依曼架构”发展而来,存储功能和数据处理功能是分开并明确定义的。计算机的发展变化使存储功能越发复杂,带来了运算存储器和数据存储器的分化,前者用于运算,必须快速而且具有近乎无限次的写入能力;后者用于记录操作系统、应用程序和用户数据,应该随时间推移仍然理想地保存信息,即使断电也不容有失。在过去50年里,集成电路领域飞速发展,提供了越来越高速的处理芯片[中央处理器(CPU) ],以及越来越高密度但相对低速储存的存储芯片,造成这两种功能之间越来越大的性能差距。因此,需要更复杂的存储层次结构来解决这个所谓的系统性能瓶颈。人们将高速、低密度且高成本的静态随机存取存储器(SRAM)直接集成到处理器芯片中,允许对关键数据进行几乎实时传输。主存储器[动态随机存取存储器(DRAM)]暂存操作系统,通过专用高速总线连接CPU。高密度、低成本且非易失性的数据储存器则被置于具备不同接口的外部驱动器上,数据和代码从其中被下载到DRAM中以供执行。传统的数据驱动器利用磁性储存介质,被称为硬盘驱动器(Hard Disk Drive,HDD)。最近的趋势已经从HDD转向使用半导体非易失性存储器(通常是NAND闪存)的固态硬盘(Solid State Drive,SSD)。存储器与系统性能息息相关:一方面,RAM容量已经成为个人计算机或游戏机的关键规格;另一方面,智能手机和平板电脑的型号由闪存容量来标识。全球对所有存储层次元素存储器需求量的攀升,由半导体市场趋势得到了很好印证。这种基于半导体的系统的强劲迭代,使得愈加复杂的功能成为可能,加上高精度传感器应运而生,为大数据分析、自动驾驶、图像处理、人工智能以及机器人(仅举几例)等新应用开辟了道路。所有这些新应用生成必须被处理的数据,要求越来越多的计算能力和储存能力,推动正向反馈,促成一个可能永无止境的技术循环。物联网(Internet of Things,IoT)和工业应用也依赖于存储可用性。在此情况下,存储器通常被直接集成在微控制器的同一芯片上,以尽量减少功耗并提供更高的性能。尽管半导体存储器在当前系统中发挥了关键作用,但我们已经意识到,关于这个专题的文献往往是碎片化的,缺乏可供初学者使用的明确参考。因此,《半导体存储与系统》试图从技术和系统的视角提供这一领域的基本知识,在第一部分中,本书概述了存储器层次结构,包含SRAM、DRAM、闪存、嵌入式存储器等广受好评的存储器件;在第二部分中,本书介绍了新兴概念,如相变存储器(PCM和3DXpoint?)、磁阻存储器(MRAM)、铁电存储器(FeRAM)和阻变存储器(RRAM)等,侧重于现状、机会点和局限性。在每一章中,作者们都提供了对于基本器件物理、制约其可靠性的机制和所使用到的技术的真知灼见。此外,《半导体存储与系统》还对采用经典存储器层次结构的当前系统体系结构进行了细致讨论,以使其与各类应用相联系。本书探讨了储存类内存(SCM)的概念作为存储器层次结构的一种合理的修改,讨论了它的优势和挑战。最后一部分聚焦在用于人工智能的存内计算等新应用,作为克服当前系统性能和功率消耗界限的一种合理的手段。Andrea Redaelli Fabio Pellizzer