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处理器芯片是当今消费类数字设备的大脑，但内存实际上是它们的核心，其中闪存是插入手机、相机和 PC 的卡片的首选方法。硬盘驱动器存储大量长期数据，而 RAM（也称为“固态”内存）则将信息保留在硬盘驱动器之外，可以在那里快速重复地访问这些信息。闪存是目前最便宜的 RAM 类型，每千兆字节仅约 1.50 美元（其次是动态 RAM，或 DRAM，价格贵十几倍以上），它不需要太多电力，并且可以在设备断电后保留数据，这对于小工具制造商制造更小、更强大的设备的能力至关重要。
但闪存有其局限性，并且总有一天会达到扩展障碍，这将导致后续几代数码相机和手机无法存储明显更多的信息，也无法比其前辈快几个数量级地运行——至少在不花费更多成本的情况下是这样。“归根结底，我们已经对我们的小工具习以为常了，”Stan Williams，惠普高级研究员兼惠普信息与量子系统实验室创始主任说。“我们已经开始期望设备呈指数级增长，但像闪存这样的技术正接近其扩展能力的极限。”
闪存的耐用性也比静态 RAM (SRAM) 或 DRAM 差，随着时间的推移会磨损并变得不可靠。SRAM 的成本约为每千兆字节 450 美元，通常用于微处理器的缓存内存，并且可以快速读取和写入数据。
由于这些原因，惠普、IBM 和其他公司正在培育新技术，以便在这些限制赶上制造商和消费者的需求时，可以替代闪存。
更智能的内存类型
最近宣布的惠普和海力士半导体之间的联盟旨在通过一种更密集、更节能的技术来填补即将到来的空白，这种技术称为电阻式随机存取存储器 (RRAM)，可能会在未来几年内下线。
RRAM 技术（有时称为 ReRAM）仍处于相对早期的开发阶段，但已成功引起惠普、夏普、三星和其他几家公司的关注，这些公司在过去十年中已获得与 RRAM 相关的专利。
惠普 RRAM 的关键组件，之所以这样命名是因为数据借助电阻的变化流动，是一个名为忆阻器（或记忆电阻器）的开关。除了保持非易失性存储器（即使在断电时也可以保留信息）外，惠普表示，忆阻器还可以执行计算，这是其他类型的 RAM 不具备的功能。这种多功能性让该公司希望有一天能够用单个芯片取代内存和中央处理器 (CPU)，该芯片可以执行这两项功能。
Williams 说，尽管科学家们已经了解忆阻器动力学大约 40 年了，但直到最近他们才能够将这项技术设计到集成电路中。RRAM 涉及原子的微妙运动，将电阻器的薄膜改变几个纳米。“人们已经谈论这个问题 40 年了，但无法完全理解或控制这个过程，”Williams 说。
Williams 说，虽然一个一位闪存可以打开和关闭数十万次（一个开关可能涉及在数码相机上拍摄或删除照片），但忆阻器的寿命比闪存长得多。他说，在闪存蓬勃发展的记忆棒和数码相机中，开关的量没有其他类型的内存那么大，因此闪存可以凭借其较低的耐用性来应对。
今年 4 月，惠普实验室宣布他们发现忆阻器还可以执行逻辑运算，从而使计算有一天可以在存储数据的芯片中执行，而不是在专用 CPU 上执行。惠普研究人员还表示，他们设计了一种架构，其中忆阻器内存的多个层可以堆叠在单个芯片之上，以增加存储容量，而不会占用更多空间。
尽管 RRAM 和忆阻器的未来在很大程度上是推测性的，但惠普对这项技术的计划并不缺乏。Williams 说，该公司的目标是在大约三年内开发和商业化一种 RRAM 芯片，该芯片比闪存更快、更耐用，但功耗更低，并且存储位数为闪存的两倍。“我们将围绕忆阻器技术重新设计产品，”他补充道。惠普的长期目标是让 RRAM 与闪存、DRAM 甚至硬盘竞争。
然而，与 DRAM 竞争需要更高的耐用性。Williams 说，一台用于气候建模的超级计算机使用的 DRAM 在三到四年内可能会读取或擦除数据一百万万亿次（quintillion）。“这令人望而生畏，但这就是我们为了与 DRAM 正面竞争而必须做的事情，”他补充道。
尽管惠普对忆阻器感到非常兴奋，但在将其 RRAM 推向市场方面仍然面临许多挑战。加利福尼亚州洛斯加托斯半导体市场研究公司 Objective Analysis 的分析师 Jim Handy 说，首先，“惠普的忆阻器是用氧化钛制成的，氧化钛在半导体上并不常见，而且目前似乎难以管理。”惠普对氧化钛的这种描述提出异议，称有成熟的协议将其应用于半导体材料，并且氧化钛与用于构建集成电路的当前互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术兼容。
赛道内存
竞争对手 IBM 正在采取不同的方法来开发其下一代内存，即使用电子的自旋来存储数据。IBM 将其称为“赛道内存”，因为它使用磁畴将信息存储在排列在硅晶片表面的磁性材料柱（纳米级“赛道”）中。IBM 研究院-Almaden 磁电子学组的 IBM 研究员兼经理 Stuart Parkin 在 2009 年 6 月的大众科学文章“赛道内存快车道上的数据”中写道，这种芯片不需要比电子更大的移动部件来读取和写入位，从而提高了速度和可靠性。
Parkin 说，虽然仅具有水平赛道的芯片就可以胜过闪存，但在硅基板上创建“垂直赛道森林”将产生三维内存芯片，其数据存储密度将超过硬盘驱动器。“对于赛道内存，我们已经证明了原理是可行的，”他说，并补充说他预计在三年内看到赛道内存的原型，并在五年内看到采用赛道内存的设备。
其他方法
除了 RRAM 之外，还有几种其他类型的随机存取存储器正在开发中，但鉴于它们相对不成熟，没有一种对闪存的市场主导地位产生丝毫影响。相变随机存取存储器 (PRAM)，与 RRAM 和赛道内存一样，是非易失性的。PRAM 的新颖之处在于它使用电流将数据存储在称为硫属化物的玻璃状物质中，硫属化物的原子在加热时会重新排列。硫属化物也用于 CD 和 DVD，它们借助激光存储信息，激光会加热并重新排列硫属化物原子。
磁阻 RAM (MRAM) 使用磁性元件而不是电荷或电流来存储数据，尽管该技术的最新发展旨在利用电开关来提高 MRAM 的密度，并使其在许多其他 RAM 选项上市之前成为替代闪存的更有力候选者。
纳米 RAM (NRAM) 通过在硅芯片上放置数十亿个碳纳米管来存储数据，目前正由位于马萨诸塞州沃本的 Nantero 公司开发。当施加静电力时，碳纳米管上下移动以表示 0 或 1。该公司表示，它已证明 NRAM 具有超越其他内存类型的速度和容量，并且可以在现有的芯片制造厂（称为“晶圆厂”）中制造。
去年，Nantero 和洛克希德·马丁公司开发了一种抗辐射版本的 NRAM，美国宇航局在亚特兰蒂斯号航天飞机上对其进行了测试。美国宇航局将 NRAM incorporated 到安装在航天飞机有效载荷舱后端的载体中的特殊自主测试配置中。两家公司表示，这项任务是为航天应用开发高密度、非易失性、基于碳纳米管的存储器的重要第一步。
Nantero 公司继续致力于 NRAM 的开发，使其为商业市场做好准备，以替代闪存和嵌入式内存，这些内存将位于各种不同类型的芯片上，包括微处理器、专用集成电路 (ASIC) 和现场可编程门阵列 (FPGA)。然而，该公司最大的挑战之一将是克服制造均匀碳纳米管的困难，这些碳纳米管可以在大规模生产的 NRAM 芯片上可预测地工作。
闪存会熄火吗？
在任何情况下，随着公司继续开发新的相关技术，闪存仍然可以享受多年的统治地位。例如，东芝在 6 月宣布，它创造了一个 128 千兆字节的闪存模块，该公司声称这是迄今为止容量最高的闪存。东芝表示，它通过将 16 个 8 千兆字节的闪存芯片堆叠在一起实现了这种内存水平。
Handy 说：“目前尚不清楚闪存何时会在其扩展能力方面触及瓶颈。”“没有办法真正知道闪存何时会达到极限。”在此之前，任何寻求取代闪存的新兴内存技术都很难与其低成本竞争。