内存|存储芯片 没有好消息!( 二 )


为何新型存储还没“出人头地”?
以PCM、MRAM、ReRAM、FRAM等为代表的新型存储器技术,分别对应相变、磁变、阻变、铁电,各有千秋,也因此集聚了不同阵营 。但新兴技术的市场应用有限,尚无法构成实质性替代 。
PCM(相变存储器)被业界公认为是工艺最为成熟的,PCM比NAND拥有更快的写入周期、更快的访问时间、低功耗、可执行等优点,因此也成为未来最有望取代当前传统存储器的高速存储介质 。
PCM 在市场上的预期增长完全取决于美光与英特尔联合开发的3D XPoint技术 。
但随着美光于2021年3月退出该市场,再加上英特尔Optane内存的消亡,PCM也陇上了一层阴霾 。Optane是相变存储器(PCM)的一种变体,英特尔此前试图用PCM来替代NAND闪存,但因为成本很高而以失败告终 。
PCM阵营中还有意法半导体(ST),ST搭载ePCM的Stellar 车用MCU计划于2024年量产 。
不过,即使是英特尔和美光这样的国际半导体制造商也很难让PCM具有价格竞争力,接下来是否还会有更多的企业追逐它也让人有所怀疑 。
MRAM(磁阻随机存取存储器)因兼具SRAM的高速和DRAM的高密度,并且在性能和耐用性方面优于NAND 闪存,以及微缩至22纳米以下的潜力,相当适合应用在嵌入式记忆体的领域 。
MRAM已经存在多年,但它的采用一直很缓慢,部分原因是制造方面的挑战,还因为芯片保存的数据相对较少 。
MRAM是三星、台积电先后投入研究的新型存储产品 。早在2002年,三星电子开始研究MRAM,2019年,三星电子推出了一款基于28nm的内置MRAM产品 。
今年,三星电子在IEDM上以论文形式发表了下一代MRAM的相关研究开发成果,三星在14nm FinFET工艺中,采用了现有28nm工艺中的磁隧道结(MTJ),摘要称,将MTJ缩小到14纳米FinFET节点后,面积缩小了33%,读取时间加快了2.6倍 。
另外,2022年6月中旬,台湾工研院携手台积电共同发表SOT-MRAM技术,该技术能在低电压、电流的情况下,达到0.4纳秒的高速写入,并具备7万亿次的耐受度 。
【内存|存储芯片 没有好消息!】此外,瑞萨也在主攻MRAM,其已在22纳米工艺上实现高速STT-MRAM 。
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上图是三星eMRAM bit-cell阵列在14nm逻辑平台上的横截面TEM图(图源:IEDM)
MRAM的市场前景也被广泛看好,日本东北大学国际集成电子研究中心(CIES)预计MRAM将在AI服务器和高性能计算机中发挥作用 。据IMARC Group的报告,2022年全球MRAM市场规模达到4.271亿美元 。
展望未来,IMARC Group预计到2028年该市场将达到45.25亿美元,2023-2028年的增长率 (CAGR) 为 44.5% 。
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MRAM出货存储容量的预计增长(来源:Coughlin Associates 和 Objective Analysis 估计)
ReRAM的优势主要体现在更高的耐用性、对环境的稳健性、低功耗和高速,而且另外很重要的一个优势是ReRAM可以使用后端 (BEOL) 制造进行整合,从而提高集成灵活性 。
ReRAM的商用化似乎正在加速 。2022年11月,美国晶圆代工厂SkyWater生产出第一批集成以色列半导体公司Weebit的嵌入式ReRAM的硅晶圆,Weebit Nano的ReRAM封装在一个256 kb阵列中,一个RISC-V微控制器,以及嵌入式系统应用程序所需的其他接口和外围设备(如下图所示) 。
国内方面,昕原半导体、亿铸科技等也都推动基于ReRAM存储介质的存算一体技术的商用,此前昕原半导体首款28nm制程ReRAM产品SE-1已正式向工控领域品牌客户量产出货 。