νέα

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Από τη δεκαετία του 1970, η DRAM εισήλθε στην εμπορική αγορά και έχει γίνει η μεγαλύτερη αγορά υποκαταστημάτων στον τομέα αποθήκευσης με τις εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής για χωρητικότητα αποθήκευσης Η ζήτηση αυξάνεται και το NAND Flash χαμηλού κόστους και υψηλής χωρητικότητας έχει γίνει η καλύτερη επιλογή.

Σήμερα, με την άνοδο του κύματος AI, η HBM πρωτοπορεί.

Η τεχνολογία αποθήκευσης αναπτύχθηκε και άλλαξε τα τελευταία 50 χρόνια και τώρα σταδιακά έχει διαμορφώσει τα κύρια πεδία των DRAM, Flash και SRAM.

Ωστόσο, καθώς η τεχνολογία κατασκευής ημιαγωγών συνεχίζει να κινείται προς μικρότερους τεχνολογικούς κόμβους, τα αναδυόμενα σενάρια εφαρμογών έχουν θέσει υψηλότερες απαιτήσεις για αποθήκευση δεδομένων όσον αφορά την ταχύτητα, την κατανάλωση ενέργειας, τη χωρητικότητα, την αξιοπιστία κ.λπ., καθώς και τα μειονεκτήματα της συνεχιζόμενης τεχνολογικής καινοτομίας στο παραδοσιακό Έκτοτε, οι DRAM, NAND Flash, κ.λπ. έχουν αρχίσει να αντιμετωπίζουν ολοένα και πιο σοβαρές προκλήσεις, σε συνδυασμό με την αναντιστοιχία στην ταχύτητα ανάπτυξης μεταξύ αυτών των τεχνολογιών αποθήκευσης και των λογικών υπολογιστικών μονάδων, αυτό έχει περιορίσει σημαντικά την περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης του υπολογιστή. και ενεργειακή απόδοση.

Ως εκ τούτου, ο κλάδος έχει αρχίσει να εναποθέτει μεγάλες ελπίδες στις αναδυόμενες τεχνολογίες αποθήκευσης και όλο και περισσότερες αναδυόμενες τεχνολογίες αναδύονται γρήγορα.

Επί του παρόντος, η βιομηχανία εστιάζει κυρίως σε τέσσερις τύπους αναδυόμενων μνημών: σιδηροηλεκτρική μνήμη (FeRAM/FRAM), αντίσταση (ReRAM/RRAM), μαγνητική μνήμη (MRAM) και μνήμη αλλαγής φάσης (PCM).Αυτές οι αναδυόμενες τεχνολογίες μνήμης στοχεύουν να ενσωματώσουν την ταχύτητα μεταγωγής της SRAM και τα χαρακτηριστικά υψηλής πυκνότητας της DRAM, με τα μη πτητικά χαρακτηριστικά του Flash.

Αντιμέτωποι με τη σύγκρουση μεταξύ παλαιών και νέων τεχνολογιών, μπορεί να συνεχιστεί η τρέχουσα τάση κυριαρχίας του κλάδου των DRAM και NAND; Ή θα την αντικαταστήσουν οι αναδυόμενες τεχνολογίες μνήμης όπως οι FeRAM, ReRAM, MRAM ή PCM; Ποια θα είναι η τάση και η μοίρα της αγοράς αποθήκευσης στο μέλλον;

Σιδηροηλεκτρική μνήμη FeRAM, σε πρόβλημα;

Στις 28 Ιουλίου 2022, 7 χρόνια μετά την κυκλοφορία της τεχνολογίας μνήμης 3D XPoint, η Intel ανακοίνωσε ότι θα κλείσει την επιχείρηση της μνήμης Optane. Για τη βιομηχανία αποθήκευσης, αυτά τα νέα μπορεί να μην αποτελούν έκπληξη. Ως το πρώτο εμπορικό προϊόν μη ασταθούς μνήμης της Intel, η επιχειρηματική πρόοδος της Optane δεν ήταν ομαλή και η παραγωγή της δεν θα φτάσει ποτέ σε ένα επίπεδο όπου οι τιμές των τσιπ είναι λογικές.

Επομένως, ο Aoteng δεν μπορεί να ξεφύγει από το τέλος της αποτυχίας.

Η FeRAM είναι μια άλλη νέα υποψήφια τεχνολογία μνήμης. Για χρόνια, η βιομηχανία της μνήμης αναπτύσσει το FeRAM και άλλες τεχνολογίες μνήμης επόμενης γενιάς που στοχεύουν στην κάλυψη των τεχνολογικών περιορισμών και των κενών της παραδοσιακής μνήμης.

FeRAM, το πλήρες όνομα είναι Ferroelectric RAM (σιδηροηλεκτρική μνήμη τυχαίας πρόσβασης), επίσης γνωστή ως σιδηροηλεκτρική μνήμη. Το FeRAM χρησιμοποιεί σιδηροηλεκτρικά κρυσταλλικά υλικά ως μέσα αποθήκευσης και χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά του χαρακτηριστικού βρόχου υστέρησης στη σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος των σιδηροηλεκτρικών κρυσταλλικών υλικών για την επίτευξη αποθήκευσης πληροφοριών.

Διάγραμμα δομής FeRAM

Τα προϊόντα FeRAM συνδυάζουν τα μη πτητικά χαρακτηριστικά αποθήκευσης δεδομένων της ROM με τα πλεονεκτήματα της απεριόριστης ανάγνωσης και εγγραφής, της υψηλής ταχύτητας ανάγνωσης και εγγραφής και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας της μνήμης RAM.

Το FeRAM έχει τα ακόλουθα τεχνικά χαρακτηριστικά:

Μη πτητικό:Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του FeRAM είναι ότι τα δεδομένα του δεν θα χαθούν μετά από διακοπή ρεύματος και είναι μια μη πτητική μνήμη.

Γρήγορη ανάγνωση και γραφή:Το FeRAM έχει σχετικά γρήγορες ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής, με χρόνους πρόσβασης συνήθως γύρω στα 50 ns και χρόνους κύκλου γύρω στα 75 ns, γεγονός που το καθιστά πλεονεκτικό σε περιπτώσεις όπου απαιτείται γρήγορη πρόσβαση δεδομένων.

Μεγάλη διάρκεια ζωής:Το FeRAM έχει υψηλή αντοχή ανάγνωσης και εγγραφής, συνήθως ικανό να φτάσει σε δισεκατομμύρια κύκλους ανάγνωσης και εγγραφής, υπερβαίνοντας κατά πολύ την παραδοσιακή μνήμη EEPROM και flash.

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας:Δεδομένου ότι η FeRAM δεν απαιτεί πρόσθετη ισχύ για τη διατήρηση της κατάστασης δεδομένων κατά την αποθήκευση δεδομένων, η κατανάλωση ενέργειας είναι σχετικά χαμηλή.

Υψηλή αξιοπιστία:Συμβατό με τη διαδικασία CMOS, ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας, υψηλή αξιοπιστία.

Το FeRAM έχει χαμηλή πυκνότητα αποθήκευσης και περιορισμένη χωρητικότητα Παρόλο που δεν μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως τα DRAM και NAND Flash, έχει δυνατότητες ανάπτυξης σε σενάρια που δεν απαιτούν υψηλή χωρητικότητα, υψηλή ταχύτητα και συχνότητα ανάγνωσης και εγγραφής, καθώς και μεγάλη διάρκεια ζωής ρολόγια, πεδία καταναλωτικών ηλεκτρονικών, όπως έξυπνες κάρτες και συσκευές IoT, καθώς και αυτοκίνητα και βιομηχανικά ρομπότ.

Κοιτάζοντας πίσω στην ιστορία της ανάπτυξης, οι επιστήμονες πρότειναν την έννοια των σιδηροηλεκτρικών υλικών ήδη από το 1952, ένας φοιτητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης πρότεινε για πρώτη φορά την έννοια της χρήσης σιδηροηλεκτρικών πυκνωτών ως στοιχείων αποθήκευσης δεδομένων. Η αμερικανική εταιρεία Ramtron (που εξαγοράστηκε από την Cypress) άρχισε να παράγει προϊόντα FeRAM χαμηλού επιπέδου με δομή 2T/2C, η Ramtron ανέπτυξε το πρώτο προϊόν μαζικής παραγωγής στον κόσμο το 1996, η Hitachi ανέπτυξε το FeRAM 256 kb της ίδιας χρονιάς Εισηγμένη.

Από τότε, η ανάπτυξη και η εφαρμογή του FeRAM άνοιξε ένα νέο κεφάλαιο.

FeRAM, η πρόοδος είναι αργή;

Επί του παρόντος, οι σημαντικότεροι παίκτες στην αγορά FeRAM περιλαμβάνουν την Infineon (εξαγορασμένη Cypress), τη Fujitsu, την Texas Instruments, την IBM και τη Micron, κ.λπ .

Η Fujitsu διαθέτει προϊόντα σιδηροηλεκτρικής μνήμης υψηλής ταχύτητας για αυτοκινητοβιομηχανίες και βιομηχανικές εφαρμογές και τα παραδίδει στη βιομηχανική αγορά για περισσότερα από 20 χρόνια, η Texas Instruments παρέχει μικροελεγκτές βασισμένες σε FeRAM για συσκευές IoT και φορητές συσκευές. Η Infineon εστιάζει στην παροχή λύσεων σιδηροηλεκτρικής μνήμης για συστήματα ελέγχου αυτοκινήτων και βιομηχανιών.

Τον Δεκέμβριο του 2023, η Micron αποκάλυψε τα αποτελέσματα έρευνας και ανάπτυξης 32 Gb 3D NVDRAM στο συνέδριο IEEE IEDM, τα οποία είναι πολύ μεγαλύτερα από τα προηγούμενα προϊόντα των 8Mb της Fujitsu και της SK Hynix, καθώς και από τα προϊόντα 16Mb της Infineon και 128Mb της Toshiba.

Αναφέρεται ότι η μνήμη NVDRAM βασίζεται στην αρχή του σιδηροηλεκτρισμού και μπορεί να επιτύχει υψηλή αντοχή και χαμηλό λανθάνοντα χρόνο κοντά στο DRAM ενώ έχει μη πτητότητα παρόμοια με τη μνήμη flash NAND. Αυτή η αναδυόμενη μνήμη χρησιμοποιεί διπλή στοίβαξη 3D και η πυκνότητα χωρητικότητάς της στα 32 Gb θέτει νέο ρεκόρ για τη σιδηροηλεκτρική μνήμη. Η Micron έχει δοκιμάσει δείγματα NVDRAM με βάση την προδιαγραφή LPDDR5 και πιστεύει ότι είναι κατάλληλο για φορτία τεχνητής νοημοσύνης, αλλά ο χρόνος μαζικής παραγωγής είναι άγνωστος.

Ήδη από τον Μάρτιο του 2021, η Micron είπε όταν αποσύρθηκε από την αγορά του Optane 3D XPoint: «Η Micron σχεδιάζει να εφαρμόσει τη γνώση που αποκτήθηκε από τις ανακαλύψεις στο πρόγραμμα 3D XPoint, καθώς και τη σχετική τεχνογνωσία και πόρους μηχανικής, στη μνήμη-κεντρική μεταξύ των Τα αναδυόμενα προϊόντα που στοχεύουν το επίπεδο αποθήκευσης μνήμης, η FeRAM μπορεί να ήταν ο στόχος."

Επιπλέον, η Jita Semiconductor ένωσε επίσης τις δυνάμεις της με την Wuxi Shunming Storage Technology Priority Company, έναν εγχώριο αναδυόμενο προμηθευτή σιδηροηλεκτρικής μνήμης, για να λανσάρει το πρώτο εγχώριο προϊόν αναδυόμενης σιδηροηλεκτρικής μνήμης 110 nm τον Δεκέμβριο του 2023. Σε σύγκριση με την υπάρχουσα τεχνολογία, η νέα περιοχή προϊόντος είναι μικρότερη Σχετικά 40%~60%, η απόδοση έχει βελτιωθεί σημαντικά και σχεδιάζεται να γίνει επίσημα μαζική παραγωγή το πρώτο τρίμηνο του 2024.

Η αναδυόμενη τεχνολογία διεργασίας σιδηροηλεκτρικής μνήμης της Jita Semiconductor

Με τα πολλά χαρακτηριστικά του, το FeRAM αναμένεται να γίνει μία από τις μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης της μνήμης.

Ωστόσο, η ανάπτυξή του αντιμετωπίζει επίσης ορισμένες προκλήσεις: Πρώτον, η απόδοση του FeRAM επηρεάζεται από τον περιορισμό του μεγέθους της συστοιχίας και πρέπει να βελτιωθεί περαιτέρω, δεύτερον, η FeRAM μπορεί να υποστεί υποβάθμιση της αντοχής μετά την επίτευξη ενός συγκεκριμένου αριθμού κύκλων ανάγνωσης, κάτι που απαιτεί τη χρήση. της επιστήμης των υλικών και της προόδου των διαδικασιών παραγωγής, επιπλέον, το κόστος κατασκευής του FeRAM είναι σχετικά υψηλό και πρέπει να μειωθεί με την επέκταση της κλίμακας παραγωγής και την τεχνολογική πρόοδο.

Ορισμένοι στον κλάδο πιστεύουν ότι η FeRAM και η Optane βρίσκονται στο ίδιο δίλημμα - δεν υπάρχει εφικτός τρόπος για να επιτευχθεί μαζική παραγωγή και έτσι να μειωθεί το κόστος κάθε τσιπ σε προσιτό επίπεδο και η πρόοδος είναι επί του παρόντος αργή.

Η Micron είπε ότι εάν η αγορά είναι αρκετά ελκυστική, η Micron μπορεί να παράγει προϊόντα NVDRAM προς πώληση, αλλά μόνο εάν δει ότι η απόδοση κεφαλαίου στην τεχνολογία θα είναι υψηλότερη από την επένδυση σε NAND ή DRAM.

Αυτό είναι ένα πολύ μεγάλο αίτημα για την εξειδικευμένη αγορά ενσωματωμένης μνήμης.

Εάν μεγάλοι κατασκευαστές αποθήκευσης όπως η Micron, η SK Hynix και η Samsung δεν υιοθετήσουν τη μνήμη FeRAM σε μεγάλη κλίμακα, θα είναι ακόμη πολύς δρόμος για τις νεοφυείς επιχειρήσεις να αναπτύξουν και να αποδείξουν την τεχνολογία των προϊόντων τους μέσω συνεργασίας με χυτήρια. Μέχρι να συμβούν αυτές οι συνθήκες, το FeRAM μπορεί να παραμείνει μόνο στα ερευνητικά εργαστήρια τεχνολογικών ινστιτούτων και δεν μπορεί να διατεθεί στο εμπόριο σε μεγάλη κλίμακα.

Η αναδυόμενη μνήμη ReRAM γίνεται mainstream

Σε σύγκριση με το FeRAM, οι συσκευές ReRAM έχουν αναπτυχθεί και εμπορευματοποιηθεί ενεργά, συνεχώς και με επιτυχία. Η αυτοκινητοβιομηχανία, το IoT και άλλες εφαρμογές είναι μεταξύ των οδηγών ανάπτυξης της ReRAM.

ReRAM, το πλήρες όνομα είναι Resistive Random Access Memory (αντιστική μνήμη τυχαίας πρόσβασης), που αναφέρεται ως ωμική μνήμη μεταγωγής ή RRAM.

Η ReRAM είναι μια μη πτητική μνήμη που βασίζεται στην αντίσταση μη αγώγιμων υλικών που μπορεί να μετατραπεί αντιστρέψιμα μεταξύ μιας κατάστασης υψηλής αντίστασης και μιας κατάστασης χαμηλής αντίστασης υπό τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Ως η απλούστερη τεχνολογία αποθήκευσης, η δομή ReRAM μοιάζει με σάντουιτς. Ένα μονωτικό διηλεκτρικό στρώμα (στρώμα μεταγωγής αντίστασης) τοποθετείται ανάμεσα σε δύο στρώματα μετάλλου, σχηματίζοντας ένα μεταλλικό-διηλεκτρικό στρώμα-μέταλλο που αποτελείται από άνω και κάτω ηλεκτρόδια και ένα στρώμα με αντίσταση. Δομή τριών επιπέδων (MIM).

Το αγώγιμο νήμα παρουσιάζει δύο καταστάσεις ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης στο στρώμα αντίστασης: μια μη πτητική κατάσταση χαμηλής αντίστασης ή μια κατάσταση υψηλής αντίστασης, συνειδητοποιώντας έτσι τη διάκριση και αποθήκευση των καταστάσεων "0" και "1".

Το ReRAM περιλαμβάνει πολλές διαφορετικές κατηγορίες τεχνολογίας Οι τρέχουσες κύριες τεχνολογικές διαδρομές περιλαμβάνουν κυρίως: μνήμη κενού οξυγόνου OxRAM, μνήμη αγώγιμης γέφυρας CBRAM, μνήμη μεταλλικών ιόντων MeRAM και νανοσωλήνα άνθρακα, συνήθως με μετακίνηση αγώγιμων στοιχείων όπως μεταλλικά ιόντα ή κενές θέσεις οξυγόνου σε Γέφυρες ή. αφαιρώντας τα από τις υπάρχουσες γέφυρες, για να αντιπροσωπεύσουν το 1 ή το 0.

Χαρακτηριστικά τεχνολογίας ReRAM:

Υψηλή ταχύτητα:Η ταχύτητα διαγραφής και εγγραφής της ReRAM καθορίζεται από το πλάτος παλμού που προκαλεί την αλλαγή αντίστασης, η οποία είναι γενικά μικρότερη από 100 ns.

Ισχυρή αντοχή:Η ανάγνωση και η γραφή ReRAM διαφέρει από το NAND στο ότι υιοθετεί μια αναστρέψιμη και χωρίς φθορές λειτουργία, η οποία μπορεί να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της.

Δυνατότητα αποθήκευσης πολλαπλών bit:Μερικά υλικά ReRAM έχουν επίσης πολλαπλές καταστάσεις αντίστασης, καθιστώντας δυνατή την αποθήκευση πολλών δυαδικών ψηφίων δεδομένων από ένα μόνο κύτταρο μνήμης, αυξάνοντας έτσι την πυκνότητα αποθήκευσης.

Η ReRAM συνδυάζει την ταχύτητα ανάγνωσης και εγγραφής της DRAM με τη μη μεταβλητότητα της NAND Όταν μετριέται πλήρως ως προς την πυκνότητα, την αναλογία ενεργειακής απόδοσης, το κόστος, τη διαδικασία και την απόδοση, η μνήμη ReRAM έχει προφανή πλεονεκτήματα σε σχέση με τις υπάρχουσες αναδυόμενες μνήμες.

Με πολλαπλά πλεονεκτήματα, η ReRAM ενσωματώνεται πλέον σε όλο και περισσότερες διεργασίες ως ενσωματωμένη μη πτητική μνήμη (NVM), από 130nm έως 22nm και κάτω, και χρησιμοποιείται σε έξυπνα αυτοκίνητα, εφαρμογές Edge AI, MCU, PMIC κ.λπ. Έχει τα χαρακτηριστικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, χαμηλού κόστους, δυνατότητας διευθυνσιοδότησης byte, επεκτασιμότητας σε προηγμένους κόμβους και ισχυρής προσαρμοστικότητας σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Επιπλέον, οι υπολογιστές εμπνευσμένοι από τον εγκέφαλο που βασίζονται στη ReRAM μπορούν επίσης να ξεπεράσουν το στενό σημείο της υπολογιστικής αρχιτεκτονικής von Neumann μεσοπρόθεσμα έως μακροπρόθεσμα και θεωρείται ως μία από τις καλύτερες επιλογές για την επίτευξη της ενοποίησης της αποθήκευσης και της πληροφορικής.

Σε αυτούς τους τομείς, οι απαιτήσεις ταχείας επεξεργασίας και αποθήκευσης δεδομένων είναι κρίσιμες.

Ο αγώνας για τη δημιουργία εξαιρετικά ολοκληρωμένης, ενεργειακά αποδοτικής και προσανατολισμένης στην απόδοση τεχνολογίας ReRAM φέρνει συναρπαστικές εξελίξεις στις μελλοντικές λύσεις μνήμης για μια ποικιλία εφαρμογών. Για παράδειγμα, σε αυτοκίνητα χωρίς οδηγό ή έξυπνα βιομηχανικά ρομπότ, η ReRAM, με τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και την ανθεκτικότητά της, μπορεί να χειριστεί πολύπλοκες λειτουργίες δεδομένων με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να εξασφαλίσει την ανθεκτικότητα και την αξιοπιστία των δεδομένων. Αυτά τα χαρακτηριστικά δίνουν στην ReRAM ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη μελλοντική αγορά τεχνητής νοημοσύνης αιχμής.

ReRAM, η πρόοδος της εμπορευματοποίησης επιταχύνθηκε

Στην πραγματικότητα, η ReRAM δεν είναι μια νέα έννοια, άρχισε να τυγχάνει της προσοχής ήδη από τις δεκαετίες του 1960 και του 1970.

Από πλευράς βιομηχανίας, οι Panasonic, Renesas, Western Digital, Fujitsu, Samsung, Sony, Adesto και Crossbar είναι οι σημαντικότεροι κατασκευαστές στον τομέα της ReRAM. Όσον αφορά τα χυτήρια, οι SMIC, TSMC, UMC, GlobalFoundries κ.λπ. αναπτύσσουν ή παρέχουν διαδικασίες ReRAM για πελάτες χυτηρίων.

Η τροχιά ανάπτυξής του είναι περίπου η εξής: το 2013, η Panasonic και η Adesto κυκλοφόρησαν προϊόντα ReRAM με διαδικασίες 180nm και 130nm αντίστοιχα, η Fujitsu και η Panasonic κυκλοφόρησαν από κοινού ένα τσιπ χωρητικότητας 4Mb ReRAM το 2017, το τσιπ 4Mb Και με βάση αυτό, εισήλθε στην αγορά της ReRAM το 2018, η Adesto κυκλοφόρησε νέα προϊόντα με διαδικασία 130nm το 2019, η Crossbar και η Microsemi κυκλοφόρησαν το τσιπάκι MB85AS8MT .2 περαιτέρω , Η Intel κυκλοφόρησε τα προϊόντα eReRAM χρησιμοποιώντας τη διαδικασία 22FFL από τότε μέχρι το 2024, πολλές εταιρείες κυκλοφόρησαν πολλά προϊόντα ReRAM 40nm, συνεχίζοντας να προάγουν την τεχνολογία ReRAM.

Τον Ιούλιο του τρέχοντος έτους, ο εγχώριος κατασκευαστής κεφαλών Visionox ολοκλήρωσε την ανάπτυξη και την πιστοποίηση του πρώτου τσιπ προγράμματος οδήγησης οθόνης AMOLED στον κόσμο χρησιμοποιώντας ενσωματωμένη τεχνολογία αποθήκευσης ReRAM.

Σύμφωνα με αναφορές, αυτό είναι το πρώτο τσιπ προγράμματος οδήγησης οθόνης που χρησιμοποιεί ενσωματωμένη τεχνολογία αποθήκευσης RRAM σε AMOLED. Σε σύγκριση με το υπάρχον παραδοσιακό τσιπ προγράμματος οδήγησης οθόνης που χρησιμοποιεί μια ενσωματωμένη λύση SRAM + εξωτερικό Flash για την επίτευξη της λειτουργίας αντιστάθμισης Demura, αυτό το νέο τσιπ προγράμματος οδήγησης αφαιρεί απευθείας το παραδοσιακό εξωτερικό τσιπ Flash, επιλύοντας αποτελεσματικά τα προβλήματα του υψηλού κόστους εξωτερικής συσκευής και της παραμέτρου αντιστάθμισης Η ανάγνωση που υπάρχει στα παραδοσιακά τσιπ Ξεπερνά τα προβλήματα όπως η αργή ταχύτητα και φέρνει πλεονεκτήματα όπως χαμηλότερο κόστος, μικρότερη επιφάνεια και υψηλότερη απόδοση.

Τον Μάιο, η εταιρεία αναλυτών TechInsights ανέφερε ότι το πιο πρόσφατο τσιπ ενσωματωμένης αντίστασης μεταγωγής 22ULL ​​(eRRAM) έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία αποθήκευσης. η λύση IoT, αυτό είναι το προϊόν eRRAM δεύτερης γενιάς της TSMC, το οποίο διαθέτει την πρώτη τεχνολογία 22nm CMOS της βιομηχανίας και λέγεται ότι είναι συγκρίσιμο με το ενσωματωμένο STT-MRAM.

Τον Μάρτιο, η Xinyuan Semiconductor που επενδύθηκε από την ByteDance είναι επίσης μια εταιρεία που εστιάζει στην έρευνα και ανάπτυξη της αναδυόμενης τεχνολογίας αποθήκευσης ReRAM και των σχετικών τσιπ, που καλύπτει βιομηχανικό έλεγχο υψηλής απόδοσης, τσιπ SoC/ASIC αυτοκινήτου, ολοκληρωμένη αποθήκευση και υπολογιστική (CIM) IP και τσιπ , και συστήματα αποθήκευσης επιπέδου (SoM) τσιπ και άλλες περιοχές εφαρμογής.

Αναφέρεται ότι η Xinyuan Semiconductor έχει κατακτήσει την ολοκληρωμένη τεχνολογία κλειστού βρόχου, που καλύπτει υλικά συσκευών, διαδικασίες διεργασιών, σχεδιασμό τσιπ, σχεδιασμό IP και πιλοτική μαζική παραγωγή και έχει κατασκευάσει την πρώτη προηγμένη διαδικασία ReRAM πιλοτική γραμμή παραγωγής back-end 12 ιντσών στην ηπειρωτική χώρα Κίνα και κυκλοφόρησε Η σειρά προϊόντων ασφαλούς αποθήκευσης ReRAM "Xin·Shanwen" πέτυχε εμπορική μαζική παραγωγή στον τομέα του ελέγχου βιομηχανικού αυτοματισμού.

Τον Αύγουστο του 2023, η ομάδα του ακαδημαϊκού Liu Ming του Ινστιτούτου Μικροηλεκτρονικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών πρότεινε μια αναδυόμενη δομή υπολογιστών στη μνήμη RRAM με υψηλό παραλληλισμό και υψηλή αναλογία απόδοσης. Σε επίπεδο συσκευής, η ομάδα πρότεινε μια δομή συστοιχίας αποθήκευσης και υπολογισμού με ένα σταθμισμένο μεμίστορα δύο τρανζίστορ (WH-2T1R), το οποίο μειώνει την επίδραση των παρασιτικών επιδράσεων στο ρεύμα υπολογισμού και μειώνει την κατανάλωση ενέργειας των λειτουργιών πολλαπλής συσσώρευσης. Σε επίπεδο κυκλώματος, προτείνεται ένα κύκλωμα ανάγνωσης αισθητήρων ενισχυτή λειτουργίας μειώνοντας το ρεύμα αναφοράς, το οποίο μειώνει σημαντικά την κατανάλωση ισχύος του κυκλώματος ανάγνωσης. Σε επίπεδο χαρτογράφησης αλγορίθμων, η ομάδα πρότεινε μια στρατηγική χαρτογράφησης πλεονασμού δεδομένων υψηλού bit (MSB_RSM) για τη βελτίωση της ακρίβειας υπολογισμού. Αυτές οι λύσεις έχουν επαληθευτεί στην ενσωματωμένη διαδικασία των 28 nm που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από την ομάδα Η μέση ενεργειακή απόδοση της υπολογιστικής δομής μνήμης RRAM στην εργασία ResNet-18 φτάνει τα 30,34 TOPS/W και μπορεί να αυξηθεί στα 154,04 TOPS/W. βελτιστοποίηση του χρόνου ανάγνωσης. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο «IEEE Journal of Solid-State Circuits».

Τον Αύγουστο του 2023, η Houmo Intelligent ανακοίνωσε την ολοκλήρωση των δοκιμών και της ανάπτυξης σεναρίου εφαρμογών του πρώτου εμπορικά διαθέσιμου τσιπ μνήμης RRAM μεγάλης χωρητικότητας.

Υπάρχει επίσης η Yizhu Technology, η οποία εστιάζει στην ανάπτυξη πλήρως ψηφιακής αποθήκευσης και υπολογιστικών ολοκληρωμένων τσιπ υπολογιστικής ισχύος AI με βάση τη ReRAM. Το 2023, η Yi Zhu Technology ανέπτυξε με επιτυχία το πρώτο τσιπ υψηλής ακρίβειας, χαμηλής κατανάλωσης αποθήκευσης και υπολογισμού POC μεγάλης υπολογιστικής ισχύος που βασίζεται σε memristor RRAM (ReRAM) και έχει επαληθευτεί από τρίτους. ιδρύματα πάρτι με εξαιρετική απόδοση ενεργειακής απόδοσης Πάνω από 10 φορές περισσότερα από τα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης της παραδοσιακής αρχιτεκτονικής.

Επιπλέον, η Weebit Nano, μια ισραηλινο-γαλλική κοινοπραξία που ιδρύθηκε το 2015, έχει επίσης επικεντρωθεί στην τεχνολογία μνήμης ReRAM για πολλά χρόνια.

Η Weebit Nano συνεργάστηκε με το χυτήριο ημιαγωγών CMOS Skywater για να παρέχει τις μονάδες ReRAM στους πελάτες της Skywater και παρήγαγε ένα πλήρως λειτουργικό τσιπ επίδειξης.

Στο Flash Memory Summit τον Αύγουστο του 2023, ο Amir Regev, Αντιπρόεδρος Ποιότητας και Αξιοπιστίας της Weebit Nano, παρουσίασε τις τάσεις ανάπτυξης της αγοράς ενσωματωμένης ReRAM και την τεχνολογική πρόοδο και τα επιτεύγματα της Weebit Nano σε αυτόν τον τομέα. Επισήμανε ότι η αναδυόμενη αγορά μη πτητικής μνήμης (NVM) αναμένεται να φτάσει τα 2,7 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ έως το 2028, με τη ReRAM να αναμένεται να αντιπροσωπεύει το 37% του μεριδίου αγοράς, ειδικά σε ενσωματωμένες εφαρμογές, καθώς οι αποστολές MCU αυξάνονται Η ReRAM θα ​​καταλαμβάνει 60 % του όγκου της γκοφρέτας.

Επί του παρόντος, η Weebit εφαρμόζει ένα μοντέλο εμπορικής λειτουργίας δίνοντας άδεια IP σε εταιρείες ημιαγωγών και fabs Η τεχνολογία ReRAM έχει επαληθευτεί με πυρίτιο στον κόμβο διεργασίας 28-130nm και έχει ολοκληρωθεί με επιτυχία στην πλατφόρμα 22FDX της GlobalFoundries, η οποία έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2024. παραγωγή.

Οι μονάδες ReRAM της Weebit που κατασκευάζονται στη SkyWater έχουν ολοκληρώσει βασικά προσόντα, σηματοδοτώντας ένα σημαντικό ορόσημο στην ωριμότητα της τεχνολογίας ReRAM.

Ο Weebit Nano είπε ότι η αναδυόμενη μνήμη ReRAM γίνεται mainstream.

Εκτός από τα παραπάνω εφαρμοστέα πεδία, ο νευρομορφικός υπολογισμός είναι ένα άλλο πιθανό πεδίο εφαρμογής του ReRAM.

Ορισμένες εταιρείες, όπως το Facebook και η Google, έχουν αναπτύξει συστήματα μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιούν νευρωνικά δίκτυα. Τα νευρωνικά δίκτυα βοηθούν συστήματα, πολλά από τα οποία χρησιμοποιούν FPGA και GPU με μνήμη που βασίζεται σε SRAM, επεξεργάζονται δεδομένα και αναγνωρίζουν μοτίβα. Η βιομηχανία μνήμης αναπτύσσει τη ReRAM για αυτόν τον τομέα, η οποία είναι πολύ πιο πυκνή σε σύγκριση με τις αρχιτεκτονικές GPU/SRAM.

Αλλά τα νευρομορφικά συστήματα απαιτούν διαδοχικές πολλαπλές στοιβαγμένες συσκευές ReRAM. Για να μπορέσει η ReRAM να εισέλθει στην αγορά, η βιομηχανία της μνήμης πρέπει πρώτα να κυριαρχήσει τη ReRAM σε μικρή κλίμακα.

Καθώς ο νόμος του Moore σταδιακά επιβραδύνεται, γίνεται όλο και πιο σημαντικό να βρούμε αποτελεσματικές τεχνολογίες αποθήκευσης που μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες της πληροφορικής επόμενης γενιάς. Σε αυτό το πλαίσιο, η ReRAM έχει δείξει μεγάλες δυνατότητες.

Ενώ η τεχνολογία ReRAM είναι πολλά υποσχόμενη ως λύση μνήμης επόμενης γενιάς, εξακολουθεί να αντιμετωπίζει ορισμένες προκλήσεις που εμποδίζουν την ευρεία υιοθέτησή της. Το πρώτο είναι το πρόβλημα "sneak path", το οποίο προκαλεί διαρροή ρεύματος και μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένες μετρήσεις της μνήμης, δεύτερον, υπάρχουν ανησυχίες σχετικά με το σχηματισμό και τη σταθερότητα των κενών θέσεων οξυγόνου, οι οποίες είναι κρίσιμες για τον μηχανισμό μεταγωγής αντίστασης στον οποίο βασίζεται η ReRAM. Επιπλέον, η δημιουργία ενός ομοιόμορφου ηλεκτρικού πεδίου εντός της κυψέλης μνήμης είναι επίσης ένα εμπόδιο σχεδιασμού. Και πάλι, αν και η ReRAM προσφέρει ενεργειακή απόδοση σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μνήμες, όπως η μνήμη flash, η ενίσχυση αυτού του χαρακτηριστικού για την κάλυψη των αναγκών εφαρμογών εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης είναι ένα τεχνικό εμπόδιο.

Βραχυπρόθεσμα, η ReRAM δεν θα αντικαταστήσει το NAND ή άλλη κύρια μνήμη, αλλά θα βρει τη θέση της, ειδικά σε ενσωματωμένα συστήματα και άλλους τομείς που απαιτούν λύσεις υψηλής απόδοσης, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, σμίκρυνσης και αποθήκευσης υψηλής πυκνότητας.

Το MRAM ξεχωρίζει

Εκτός από τις FeRAM και ReRAM, άλλες αναδυόμενες τεχνολογίες μνήμης όπως η MRAM και η PCM έχουν επίσης συζητηθεί ευρέως. Κάθε μία από αυτές τις τεχνολογίες έχει τα δικά της μοναδικά πλεονεκτήματα και σενάρια εφαρμογής, αλλά αντιμετωπίζει και τις δικές της προκλήσεις.

Σε ένα διαρκώς εξελισσόμενο τεχνολογικό τοπίο, ορισμένες καινοτομίες ξεχωρίζουν για τις δυνατότητές τους να αναδιαμορφώσουν τις βιομηχανίες και να επαναπροσδιορίσουν τα πρότυπα απόδοσης. Η μνήμη τυχαίας πρόσβασης με μαγνητοσκόπηση (MRAM) είναι μια τόσο σημαντική ανακάλυψη.

Η MRAM, η μαγνητική μνήμη RAM, γνωστή και ως μαγνητική μνήμη, είναι μια τεχνολογία που βασίζεται στο φαινόμενο της μαγνητοαντίστασης σήραγγας.

Το MRAM χρησιμοποιεί διασταυρώσεις μαγνητικής σήραγγας (MTJs) ως βασική μονάδα μνήμης. Κάθε MTJ αποτελείται από δύο στρώματα μαγνητικών υλικών που περικλείονται από ένα λεπτό μονωτικό στρώμα. Το MRAM συνδυάζει την απόδοση ανάγνωσης και εγγραφής υψηλής ταχύτητας της DRAM με τα μη πτητικά χαρακτηριστικά της SRAM. Έχει επίσης τα πλεονεκτήματα της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, της υψηλής αντοχής, του μεγάλου εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας και των σχεδόν απεριόριστων κύκλων διαγραφής και εγγραφής.

Σχηματικό διάγραμμα MRAM

Τεχνικά χαρακτηριστικά MRAM:

Μη πτητικό:Ο μαγνητισμός των σιδηρομαγνητών δεν θα εξαφανιστεί λόγω διακοπής ρεύματος και το MRAM είναι μη πτητικό.

Απεριόριστοι χρόνοι ανάγνωσης και γραφής:Ο μαγνητισμός των σιδηρομαγνητών όχι μόνο δεν εξαφανίζεται όταν απενεργοποιείται η τροφοδοσία, αλλά θεωρείται σχεδόν ότι δεν εξαφανίζεται ποτέ. Επομένως, το MRAM και το DRAM μπορούν να ξαναγραφτούν επ' αόριστον.

Γρήγορη ταχύτητα γραφής και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας:Ο χρόνος εγγραφής του MRAM μπορεί να είναι έως και 2,3 ns και η κατανάλωση ενέργειας είναι εξαιρετικά χαμηλή, γεγονός που μπορεί να πραγματοποιήσει στιγμιαία ενεργοποίηση και απενεργοποίηση και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας των φορητών υπολογιστών.

Υψηλή ενοποίηση με λογικά τσιπ:Οι μονάδες MRAM μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε τσιπ λογικού κυκλώματος και μόνο ένα ή δύο βήματα που απαιτούν μάσκα φωτολιθογραφίας προστίθενται στη διαδικασία επιμετάλλωσης του back-end. Επιπλέον, τα κύτταρα MRAM μπορούν να κατασκευαστούν πλήρως στο μεταλλικό στρώμα του τσιπ και ακόμη και 2-3 στρώματα κυψελών μπορούν να στοιβάζονται, έτσι ώστε να έχει τη δυνατότητα να κατασκευάζει συστοιχίες μνήμης μεγάλης κλίμακας σε λογικά κυκλώματα.

Η έρευνα MRAM επικεντρώνεται στη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, στη μείωση της ενέργειας εγγραφής, στην αύξηση των ταχυτήτων ανάγνωσης και εγγραφής και στη βελτίωση της συμβατότητας και της αποδοτικότητας κόστους της διαδικασίας παραγωγής. Το STT-MRAM έχει γίνει ένα hotspot έρευνας λόγω του χαμηλότερου ρεύματος εγγραφής και της καλύτερης επεκτασιμότητας, ενώ το SOT-MRAM έχει προσελκύσει την προσοχή λόγω των δυνατοτήτων του να επιτυγχάνει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερες ταχύτητες μεταγωγής.

Το MRAM είναι μια μη πτητική μνήμη που είναι ταχύτερη, πιο ανθεκτική και καταναλώνει λιγότερη ενέργεια από τις παραδοσιακές τεχνολογίες και κερδίζει έδαφος σε διάφορους κλάδους, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η βιομηχανία, οι φορητές συσκευές, η αεροδιαστημική και η άμυνα.

Συνήθως, οι αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας είναι ένα σαφές σημάδι ότι μια τεχνολογία τυγχάνει μεγάλης προσοχής - όσο πιο σχετική είναι μια τεχνολογία με εμπορικές εφαρμογές, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αιτήσεων για διπλώματα ευρεσιτεχνίας.

Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία του LexisNexis, ο αριθμός των αιτήσεων για διπλώματα ευρεσιτεχνίας στην αγορά MRAM παρέμεινε σταθερός από το 2004 έως το 2013, με περίπου 300 έως 400 αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας κάθε χρόνο. Υπήρξε μια κορύφωση το 2011. Περαιτέρω έρευνα αποκάλυψε ότι η Toshiba αύξησε τις αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας σε αυτόν τον τεχνολογικό τομέα το 2011, οδηγώντας σε αυτό το κύμα.

Τάσεις υποβολής διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και δημοσιεύσεις IEEE στον τομέα MRAM τα τελευταία 20 χρόνια

Αξίζει να σημειωθεί ότι η πτώση στο τέλος του γραφήματος δεν αντιπροσωπεύει μείωση ενδιαφέροντος, αλλά μάλλον την υστέρηση μεταξύ της κατάθεσης διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και της δημοσίευσης.

Εννοείται ότι λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος του χαρτοφυλακίου διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, η LexisNexis χώρισε τις 10 κορυφαίες εταιρείες σε τρεις κατηγορίες:

Κάτοχοι ισχυρών χαρτοφυλακίων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας: Samsung, Kioxia και TSMC.

Ακόλουθοι: TDK και IBM.

άλλες εταιρείες.

Ποιότητα των 10 κορυφαίων εταιρειών στον τομέα MRAM με βάση την ισχύ του χαρτοφυλακίου διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας

MRAM, τονίστηκε το εμπορικό δυναμικό

Ανατρέχοντας στην ιστορία ανάπτυξης του MRAM, ήδη από το 2002, η TSMC υπέγραψε ένα σχέδιο ανάπτυξης συνεργασίας MRAM με το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Έρευνας της Ταϊβάν.

Το πρώτο εμπορευματοποιημένο MRAM ήταν το Toggle-MRAM χωρητικότητας 4 Mb που παρήχθη από την Freescale Semiconductor το 2006 και άλλες εταιρείες κυκλοφόρησαν επίσης σχετικά προϊόντα το 2014 ότι θα αντικαταστήσει το SRAM με STT-MRAM, κάνοντας τη μικροεπεξεργασία Η κατανάλωση ενέργειας στην κρυφή μνήμη. η συσκευή μειώθηκε σχεδόν κατά 60% το 2017, το Πανεπιστήμιο Αεροναυπηγικής και Αστροναυτικής του Πεκίνου και το Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών ετοίμασαν από κοινού με επιτυχία την πρώτη συσκευή STT-MRAM 80 νανομέτρων.

Τον Ιούνιο του 2023, η ερευνητική ομάδα Spin Quantum Materials and Devices του Shenzhen Songshan Lake Materials Laboratory συνεργάστηκε με το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, το Λος Άντζελες, το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας King Abdullah, το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας και το Ινστιτούτο Φυσική, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, για την υλοποίηση μιας πιο προηγμένης συσκευής μνήμης SOT-MRAM που βασίζεται σε τοπολογικούς μονωτές που συνδυάζει υψηλή πυκνότητα αποθήκευσης με κάθετη διασταύρωση μαγνητικής ανισοτροπίας σήραγγας (pMTJ). Η TSMC έχει αναπτύξει σχετικές σειρές προϊόντων MRAM όπως η διαδικασία 16/12nm.

Επίσης το 2023, η NXP συνεργάστηκε με την TSMC για να αναπτύξει από κοινού το πρώτο ενσωματωμένο MRAM FinFET 16 νανομέτρων για αυτοκίνητα της βιομηχανίας για την υποστήριξη της επόμενης γενιάς αρχιτεκτονικής αυτοκινήτων. Αυτή η συνεργασία υπογραμμίζει την αυξανόμενη σημασία του MRAM στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, με στόχο τη βελτίωση της απόδοσης και της αξιοπιστίας των προηγμένων εφαρμογών αυτοκινήτου.

Στις 18 Ιανουαρίου του τρέχοντος έτους, η TSMC και το Ινστιτούτο Βιομηχανικών Ερευνών ανακοίνωσαν την επιτυχημένη ανάπτυξη τσιπ συστοιχίας SOT-MRAM, σηματοδοτώντας μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της τεχνολογίας μνήμης MRAM επόμενης γενιάς. Αυτό το καινοτόμο προϊόν όχι μόνο χρησιμοποιεί μια προηγμένη αρχιτεκτονική υπολογιστών, αλλά η κατανάλωση ενέργειας είναι μόνο το 1% της παρόμοιας τεχνολογίας STT-MRAM.

Επιπλέον, η TSMC εξερευνά ενεργά τα SOT-MRAM και VC-MRAM και συνεργάζεται με εξωτερικά ερευνητικά εργαστήρια, κοινοπραξίες και ακαδημαϊκούς εταίρους.

Οι 10 κορυφαίες εταιρείες με ωριμότητα καινοτομίας στον τομέα MRAM

Σχεδόν ταυτόχρονα με την TSMC, η Samsung ανακοίνωσε το σχέδιο ανάπτυξης MRAM το 2002. Το 2005, η Samsung ανέλαβε την ηγεσία στην έρευνα και την ανάπτυξη του STT-MRAM Αυτή η τεχνολογία αποδείχθηκε αργότερα ότι μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις απόδοσης της κρυφής μνήμης τελευταίου επιπέδου στον τομέα των υπολογιστών υψηλής απόδοσης και θεωρήθηκε ένα ισχυρό εργαλείο. ξεπεράσει την εξειδικευμένη αγορά.

Στις αρχές του 2022, η Samsung Electronics δημοσίευσε την πρώτη στον κόσμο έρευνα υπολογιστών στη μνήμη που βασίζεται σε MRAM στο κορυφαίο ακαδημαϊκό περιοδικό Nature. Στο SFF 2023 στην Ευρώπη, η Samsung ανακοίνωσε το όραμά της να φέρει επανάσταση στην τεχνολογία αυτοκινήτων επόμενης γενιάς και σχεδιάζει να αναπτύξει το πρώτο eMRAM 5nm της Samsung. Εκτός από την κυκλοφορία 14nm eMRAM έως το 2024, η εταιρεία σχεδιάζει επίσης να επεκτείνει περαιτέρω το χαρτοφυλάκιο προϊόντων της eMRAM με 8nm έως το 2026 και 5nm έως το 2027. Σε σύγκριση με τη διαδικασία των 14 nm, το eMRAM 8 nm αναμένεται να αυξήσει την πυκνότητα κατά 30% και την ταχύτητα κατά 33%.

Μεταξύ όλων αυτών των αναδυόμενων τεχνολογιών μνήμης, η MRAM είναι μία από τις τεχνολογίες με μεγαλύτερες εμπορικές δυνατότητες.

Αν και η μνήμη MRAM έχει τα πλεονεκτήματα της ανθεκτικότητας και της μαζικής παραγωγής, η MRAM δεν είναι χωρίς τις ελλείψεις της, όπως το πολύπλοκο σύστημα υλικών της πραγματικής συσκευής, ο χαμηλός λόγος μεταγωγής και η διαδικασία CMOS πρέπει να ταιριάζουν πλήρως. Επιπλέον, η ανάπτυξη του MRAM εξακολουθεί να αντιμετωπίζει σημεία συμφόρησης στη δυναμική κατανάλωση ενέργειας, την απόδοση καθυστέρησης ενέργειας και την αξιοπιστία.

Σε γενικές γραμμές, η MRAM απέχει ακόμα πολύ από την ώριμη τεχνολογία και το πλεονέκτημα κόστους της δεν έχει ακόμη επισημανθεί DRAM ή NAND, το MRAM έχει ακόμα πολύ δρόμο να διανύσει.

PCM, ανοίγοντας ένα νέο υπολογιστικό παράδειγμα

PCM, Phase-change RAM, επίσης γνωστή ως μνήμη αλλαγής φάσης ή PCRAM.

Η αρχή του PCM είναι να μετατρέπει το υλικό αλλαγής φάσης μεταξύ μιας κρυσταλλικής (αγώγιμης) κατάστασης χαμηλής αντίστασης και μιας άμορφης (μη αγώγιμης) κατάστασης υψηλής αντίστασης αλλάζοντας τη θερμοκρασία και να χρησιμοποιεί τη διαφορά αγωγιμότητας μεταξύ των δύο καταστάσεων για να διακρίνει " 0 και 1". Αυτό επιτρέπει την αποθήκευση δεδομένων.

Σχηματικό διάγραμμα PCM

Το PCM έχει τη μη μεταβλητότητα του NAND και την υψηλή ταχύτητα ανάγνωσης και εγγραφής και μεγάλη διάρκεια ζωής της DRAM. Έχει επίσης τα πλεονεκτήματα της χαμηλής καθυστέρησης, της υψηλής πυκνότητας, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της συμβατότητας με την τεχνολογία CMOS μνήμη και κύρια μνήμη Η δυνατότητα δύο σε ένα αναμένεται να εφαρμοστεί σε κέντρα δεδομένων υψηλής απόδοσης, διακομιστές, Internet of Things και άλλα σενάρια.

Τεχνικά χαρακτηριστικά PCM:

Χαμηλή καθυστέρηση, ισορροπημένοι χρόνοι ανάγνωσης και εγγραφής:Το PCM δεν χρειάζεται να διαγράψει τον προηγούμενο κώδικα ή δεδομένα πριν γράψει τον κώδικα ενημέρωσης, επομένως η ταχύτητα ανάγνωσης και εγγραφής PCM βελτιώνεται σε σύγκριση με το NAND Flash και ο χρόνος ανάγνωσης και εγγραφής είναι πιο ισορροπημένος.

Μεγάλη διάρκεια ζωής:Η ανάγνωση και η εγγραφή PCM δεν είναι καταστροφική, επομένως η αντοχή της εγγραφής υπερβαίνει κατά πολύ αυτή της μνήμης flash Η χρήση PCM για την αντικατάσταση των παραδοσιακών μηχανικών σκληρών δίσκων έχει μεγαλύτερη αξιοπιστία.

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας:Το PCM δεν διαθέτει μηχανική περιστρεφόμενη συσκευή και δεν απαιτεί ρεύμα ανανέωσης για αποθήκευση κώδικα ή δεδομένων, επομένως, η κατανάλωση ενέργειας του PCM είναι χαμηλότερη από το HDD, το NAND και το DRAM.

Υψηλή πυκνότητα:Ορισμένα PCM υιοθετούν σχέδια χωρίς τρανζίστορ για την επίτευξη αποθήκευσης υψηλής πυκνότητας.

Καλή αντίσταση στην ακτινοβολία:Η τεχνολογία αποθήκευσης PCM δεν έχει καμία σχέση με την κατάσταση των φορτισμένων σωματιδίων στο υλικό, επομένως έχει ισχυρή αντίσταση στη διαστημική ακτινοβολία και μπορεί να καλύψει τις ανάγκες της εθνικής άμυνας και της αεροδιαστημικής.

Προς το παρόν, δεν έχει βρεθεί σαφές φυσικό όριο για το PCM Η έρευνα δείχνει ότι ακόμη και αν το υλικό αλλαγής φάσης μειωθεί σε πάχος 2 nm, η συσκευή μνήμης μπορεί να υποστεί αλλαγή φάσης. Επομένως, το PCM μπορεί να λύσει το πρόβλημα των φυσικών ορίων της τεχνολογίας μνήμης και να γίνει μία από τις νέας γενιάς συσκευών μνήμης ημιαγωγών στο μέλλον.

Το 2006, η Intel συνεργάστηκε με τη Samsung για την παραγωγή του πρώτου εμπορικού τσιπ PCM. Το 2015, η Intel και η Micron ανέπτυξαν από κοινού ένα επαναστατικό chip μνήμης PCM-3D Xpoint. Ο πρώτος ονόμασε την τεχνολογία Optane και ο δεύτερος την ονόμασε QuantX.

Η τεχνολογία 3D Xpoint έχει επιτύχει μια επαναστατική ανακάλυψη στον τομέα της μη πτητικής μνήμης Αν και η ταχύτητά της είναι ελαφρώς πιο αργή από τη μνήμη DRAM, η χωρητικότητά της είναι μεγαλύτερη από τη μνήμη DRAM και 1.000 φορές μεγαλύτερη από τη μνήμη flash.

Αλλά οι ελλείψεις του είναι επίσης προφανείς. Το 3D Xpoint υιοθετεί μια δομή στοίβαξης. Επειδή όσο περισσότερα στρώματα στοιβάζονται, τόσο περισσότερες μάσκες απαιτούνται και σε ολόκληρη τη βιομηχανία κατασκευής IC, οι μάσκες αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο κόστος. Επομένως, από κατασκευαστική άποψη, είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί μια τρισδιάστατη στοιβαγμένη δομή με δεκάδες στρώματα.

Με το κλείσιμο της επιχείρησης μνήμης Optane της Intel, η τεχνολογία μνήμης 3D XPoint έφτασε επίσης στο τέλος της.

Ωστόσο, η βιομηχανία εξακολουθεί να αναπτύσσει την τεχνολογία PCM. Στις αρχές του 2022, το Institute of Information Storage Materials and Devices (ISMD) της Σχολής Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων στο Huazhong University of Science and Technology και το Center for Materials Innovation and Design (CAID) του Πανεπιστημίου Xi'an Jiaotong ανέπτυξαν μια μνήμη αλλαγής φάσης με άμορφη δομή πλέγματος, με κατανάλωση ισχύος 0,05 Κάτω από pJ, η κατανάλωση ενέργειας είναι χίλιες φορές χαμηλότερη από αυτή των mainstream προϊόντων.

Τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, η Ακαδημία Επιστημών και Τεχνολογίας της Κορέας ανακοίνωσε ότι μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Shinhyun Choi από τη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ανέπτυξε μια συσκευή μνήμης αλλαγής φάσης επόμενης γενιάς. Τα σχετικά αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο κορυφαίο περιοδικό Nature .

Το έγγραφο παρουσιάζει μια νέα συσκευή PCM που χρησιμοποιεί νανοσύρματα SiTex με δυνατότητα αλλαγής φάσης για να μειώσει αποτελεσματικά το ρεύμα επαναφοράς PCM. Αυτός ο καινοτόμος σχεδιασμός μπορεί να μειώσει σημαντικά το ρεύμα επαναφοράς χωρίς να θυσιάζει το κόστος κατασκευής. Συγκεκριμένα, το ανεπτυγμένο PCM νανονημάτων παρουσιάζει εξαιρετικά χαμηλό ρεύμα επαναφοράς περίπου 10 μA, το οποίο είναι μία έως δύο τάξεις μεγέθους χαμηλότερο από τα εξαιρετικά κλιμακούμενα συμβατικά PCM.

Αυτή η σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία PCM σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα για τη βιομηχανία στο άνοιγμα ενός νέου υπολογιστικού παραδείγματος, ειδικά εκείνων των εφαρμογών που μπορούν να επωφεληθούν από τα μοναδικά χαρακτηριστικά του PCM.

Παρόλο που το PCM έχει πολλά πλεονεκτήματα, υπάρχουν επίσης ορισμένες προφανείς ελλείψεις στο PCM που έχει επί του παρόντος πολλά σημεία συμφόρησης, με αποτέλεσμα την εμπορευματοποίηση. Πρώτον, επειδή η διαδικασία αποθήκευσης PCM βασίζεται στη ρύθμιση της θερμοκρασίας και είναι πολύ ευαίσθητη στη θερμοκρασία, δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε σενάρια ευρείας θερμοκρασίας. Δεύτερον, η μνήμη PCM υιοθετεί μια δομή πολλαπλών επιπέδων για να είναι συμβατή με τη διαδικασία CMOS, με αποτέλεσμα μια πυκνότητα αποθήκευσης που είναι πολύ χαμηλή για να καλύψει τις απαιτήσεις χωρητικότητας για την αντικατάσταση του NAND Flash. Επιπλέον, το κόστος και η απόδοση έχουν επίσης γίνει ένα από τα σημεία συμφόρησης για τη μεγάλης κλίμακας εκβιομηχάνισή του.

γράψε στο τέλος

Για χρόνια, η βιομηχανία μνήμης αναζητά μια νέα τεχνολογία αποθήκευσης.Είτε πρόκειται για FeRAM, ReRAM, MRAM ή PCM, όλα στοχεύουν να λύσουν τα προβλήματα "performance wall" και "storage wall" της παραδοσιακής αποθήκευσης σε κάποιο βαθμό, να σπάσουν την αρχιτεκτονική von Neumann και να εξαλείψουν τις καθυστερήσεις και καθυστερήσεις που προκαλούνται από δεδομένα. πρόσβαση στην κατανάλωση ενέργειας για την επίτευξη υψηλότερης υπολογιστικής ισχύος και αναλογίας ενεργειακής απόδοσης, αλλά τα συγκεκριμένα τεχνικά χαρακτηριστικά και τα επίπεδα εμπορευματοποίησης των τεσσάρων αναδυόμενων συστημάτων αποθήκευσης είναι διαφορετικά.

Σύγκριση μεταξύ της κύριας τεχνολογίας αποθήκευσης και της αναδυόμενης τεχνολογίας αποθήκευσης

Με βάση την ανάλυση διαφόρων τύπων τεχνικών χαρακτηριστικών και την κατάσταση της αγοράς, αυτές οι αναδυόμενες τεχνολογίες δεν έχουν τη δυνατότητα να αντικαταστήσουν τη μνήμη flash DRAM/NAND Ωστόσο, στην εποχή της εκρηκτικής ανάπτυξης δεδομένων, η αναδυόμενη αποθήκευση έχει ισχυρές επιδόσεις, μεγάλη διάρκεια ζωής. Εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως η αξιοπιστία και η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες αναμένεται να καλύψουν το κενό στην αγορά της μνήμης και να γίνουν μια νέα επιλογή στον τομέα της μνήμης.

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή του άρθρου, οι αδυναμίες της συνεχούς τεχνολογικής καινοτομίας στην τρέχουσα παραδοσιακή διαδρομή έχουν εκτεθεί. .

Ωστόσο, πρέπει να είμαστε σε επαγρύπνηση ότι στη διαδικασία ανάπτυξης της αναδυόμενης αποθήκευσης, η βιομηχανία μνήμης συνεχίζει να επεκτείνει τη μνήμη flash DRAM και NAND, δυσκολεύοντας τους νέους τύπους μνήμης να καταλάβουν μια θέση στην αγορά.

Κοιτάζοντας το μέλλον, ορισμένοι ειδικοί του κλάδου λένε ότι κανένας τύπος μνήμης δεν είναι παντοδύναμος και μπορεί να χειριστεί όλες τις εφαρμογές. Κάθε τεχνολογία έχει διαφορετικές ιδιότητες και είναι καλή στην εκτέλεση διαφορετικών λειτουργιών. Αναμένεται ότι αυτές οι προηγμένες τεχνολογίες αποθήκευσης θα είναι οι πρώτες που θα χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές που μπορούν να αντικατοπτρίζουν και να εκμεταλλεύονται τα μοναδικά τους πλεονεκτήματα.