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3D Xpoint等下一代存儲技術(shù)成新一代存儲器市場焦點

張錦銳 2020.03.26

當前存儲市場正處于多種技術(shù)路線并行迭代的關(guān)鍵時期。一方面,應(yīng)用極為廣泛的DRAM和NAND Flash,是目前存儲市場上當之無愧的主流產(chǎn)品,但都面臨制程持續(xù)微縮的物理極限挑戰(zhàn),未來持續(xù)提升性能與降低成本變得更加困難。另一方面,3D XPoint、MRAM(磁阻式隨機存取存儲器)、RRAM(可變電阻式存儲器)等下一代存儲技術(shù)不斷開發(fā),取得技術(shù)突破并進入市場應(yīng)用,ReRAM等技術(shù)研發(fā)布局加速開展,市場空間有待挖掘。



半導(dǎo)體巨擘全面下注新一代存儲器市場

全球半導(dǎo)體巨擘正在下一代新型存儲器市場展開強力競爭,目前英特爾、美光、三星與臺積電等半導(dǎo)體大廠皆已大舉投入下一代存儲器的開發(fā)。三星電子正大力發(fā)展MRAM存儲器,在韓國器興廠區(qū)率先進入大規(guī)模生產(chǎn)。而另一半導(dǎo)體巨擘英特爾則是強攻含3D XPoint技術(shù)的PRAM型存儲器。臺積電同樣重視下一代存儲器的開發(fā),目前已具備量產(chǎn)MRAM及阻變存儲器(RRAM)等新型存儲器之技術(shù)。



國內(nèi)前瞻布局下一代技術(shù)存儲器

雖然我國在傳統(tǒng)存儲器布局落后很多,但在下一代技術(shù)存儲器早已戰(zhàn)略布局。我國科研力量在未來存儲器的產(chǎn)業(yè)技術(shù)競爭扮演相當重要角色。當前中科院微電子所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心研究員趙超與北京航空航天大學(xué)教授趙巍勝的聯(lián)合團隊通過研發(fā),已經(jīng)在STT-MRAM關(guān)鍵工藝技術(shù)研究上實現(xiàn)了重要突破,此外,中國企業(yè)在新一代存儲器領(lǐng)域正積極開展新型結(jié)構(gòu)、材料、工藝集成的前瞻性研究。我國在下一代技術(shù)存儲器的戰(zhàn)略布局將助推我國參與到新一代存儲器競爭行列中,避免國外廠商的全面壟斷。



3D XPoint 和 STT-MRAM技術(shù)不斷突破,發(fā)展勢頭良好

——3D XPoint發(fā)展迅速,未來擁有巨大挖掘空間

當前標準型內(nèi)存DRAM、NAND Flash 等微縮制程逼近極限,3D XPoint發(fā)展迅速,已處于領(lǐng)先地位。相比于NAND Flash,3D XPoint擁有較低的延遲率,在 PCIe/NVMe 接口連接的時候,擁有高10倍的性能,且使用時間會長1000倍、速度也將提升1000倍,持續(xù)讀寫次循環(huán)超過 100 萬次,這意味著這個存儲一旦裝上,在完好的情況下,可以永久使用。在大數(shù)據(jù)熱潮興起的背景下,未來3D XPoint仍面臨巨大的挖掘空間。


——STT-MRAM不斷取得重要技術(shù)突破、進入風險量產(chǎn)階段

從一開始的Field MRAM,進展到in-plane MRAM,而發(fā)展到如今的STT-MRAM,STT-MRAM一路從翻轉(zhuǎn)磁化方向的機制改為自旋力矩移轉(zhuǎn)控制,在密度與效能上都得到了提升,此外,在操作速度方面,STT-MRAM與SRAM與DRAM的特性較為接近,因此成為追求速度的新選項,再加上其具有非揮發(fā)的特性,已經(jīng)成為眾多相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)投入的重點技術(shù)。當前STT-MRAM主要應(yīng)用市場包含IoT、車用、消費與行動裝置的MCU等,未來隨著其技術(shù)突破與容量的提升,STT-MRAM的應(yīng)用將更為廣泛。



各大企業(yè)紛紛開展ReRAM技術(shù)研發(fā)布局

相比于NAND較慢的傳輸速度和DRAM易失性的不足,ReRAM具有電阻式隨機存取以及非易失性存儲器的特點,其在可擴展性、CMOS兼容性、低功耗和電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)方面具有明顯優(yōu)勢,未來前景可觀,吸引各大巨頭企業(yè)紛紛布局。ReRAM可以輕松擴展到先進工藝節(jié)點,能夠進行大批量生產(chǎn)和供應(yīng),并且能夠滿足神經(jīng)形態(tài)計算等應(yīng)用對能耗和速度的要求。當前Crossbar已經(jīng)向市場推出ReRAM解決方案,該解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)建3D ReRAM存儲芯片。此外,東芝、Elpida、索尼、松下、美光、海力士、富士通等廠商也在開展ReRAM的研究和生產(chǎn)工作。在制造方面,中芯國際(SMIC)、臺積電(TSMC)和聯(lián)電(UMC)都已經(jīng)將ReRAM納入自己未來的發(fā)展線路圖中。

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