帳號:
密碼:
CTIMES/SmartAuto / 新聞 /
[Tech Spot]四大快閃記憶體替代技術
PCM、FRAM、MRAM、RRAM

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 報導】   2012年12月06日 星期四

瀏覽人次:【14927】
  

快閃記憶體仍如日中天,智慧手機消費型設備,例如平板電腦和智慧手機,強勁地推動了快閃記憶體及整個半導體市場。未來幾年,平板電腦的市佔率將不斷增加,目前最常見的快閃記憶體類型是 NAND,一位市場分析師預測:2011 至 2015 年之間, NAND的市場複合年增長率將達到 7%。

三星已發表PCM產品
三星已發表PCM產品

技術方面,記憶體密度因採用 25nm 及以下製程技術,讓製造商能進一步擴大優勢。領先的 NAND 快閃記憶體製造商開始用 20-30nm 範圍的技術生產 64Gb記憶體,並加速使用創新的記憶體架構和結構,以滿足高密度需求。例如SanDisk 和 Toshiba 今年早些在ISSCC(國際固態電路會議)發表的一篇論文,詳細介紹了採用 19nm 3 位元/單元技術的 128Gb 的 NAND 快閃記憶體設備。

Flash的替換技術

儘管短中期內快閃記憶體繼續縮小,但長期來看在獨立和嵌入式應用中,仍然有可能替換的持續需求。競爭者包括半導體公司、研究機構和大學目前正在研究的30 多種不同的非揮發性記憶體技術,一些技術已有小批量出貨。四種領先的技術提供了多方面勝過快閃記憶體的優勢,如讀/寫速度快 100倍、可寫次數明顯更高,它們是相變記憶體(PCM或PRAM)、鐵電隨機存取記憶體(FRAM 或 FeRAM)、磁阻隨機存取記憶體(MRAM)以及電阻型隨機存取器(RRAM 或 ReRAM),簡介如下:

1. PCM

PCM 利用硫系玻璃的特性,能夠在四種不同狀態之間切換:結晶、非晶和兩種部分結晶狀態。切換是可能的,因為電流通過玻璃時產生的熱量會改變物質的狀態。由於 PCM可以產生多達四種狀態,所以儲存容量能增倍,每個單元提供兩位元。不同狀態的電阻係數大相徑庭,例如,高電阻非晶狀態可以代表一個二進位“0”,低電阻結晶狀態可以代表“1”。

PCM 的主要缺點是高溫靈敏性。它也會隨著使用而退化,但速度比快閃記憶體慢得多,快閃記憶體有大約 5000 次寫入的額定值,而 PCM 則有大約 1 億次。 PCM 可以提供高性能,尤其是在那些寫入密集的應用中,因為它的切換速度快,單個位元更改無需先擦除塊,且目前能夠縮小到 40nm。

美光科技和三星電子目前正在爭相生產首個 1Gb 的 PCM元件,三星電子目前已做出一個手機的非快閃記憶體相容的512 Mbit 的PRAM。

2. FRAM

FRAM 的結構與 DRAM 相似。 DRAM 包括 一個電介質存取電晶體和一個基於電容器的儲存節點,而 FRAM 使用鋯鈦酸鉛 (PZT) 之類的。鐵電材料形成鐵電電容器,整合到存取電晶體的柵極體中。鐵電材料的晶體結構可以形成半永久的電偶極子,按外電場的方向自動排序,並在電場去除後保持這種極化。這允許讀/寫操作都可以隨機存取每個位元,使用每個單元都可行的兩種可能極化,二進位儲存“0”和“1”。

FRAM 功耗更低,寫入性能更快,且寫入次數遠非快閃記憶體可比。 缺點包括:較低的儲存密度、儲存容量的限制和較高的成本。

Fujitsu 已發佈了專為替代工業、工廠和低功耗應用中的快閃記憶體和 SRAM 而設計的 FRAM 設備,而德州儀器(TI)正在逐漸開始提供基於 FRAM 的微控制器。

3. MRAM

MRAM 使用兩個鐵磁板形成的磁鐵記憶元件,每個都有磁場,由一個薄絕緣層隔開。最簡單的單元結構是旋轉閥配置。一塊板是固定極性的永久磁鐵,另一塊板具有可以變化以匹配外部磁場的磁場。位元的儲存方法是兩塊相同極性的板代表“1”,兩塊相反極性的板代表“0”。 這些單元的網格形成記憶體設備。該技術不僅有望替代快閃記憶體,還可能替代DRAM 和 SRAM 記憶體。但是,由於外部直流磁場導致長期施加的扭矩所帶來的干擾,MRAM 非常敏感。

從飛思卡爾半導體分離出來的公司 Everspin 預計在 2012 年生產數百萬片MRAM,但市場現在更期待稱作 SST-MRAM(旋轉傳輸扭矩 MRAM)的第二代 MRAM 技術。這項技術使用隧道阻擋層替換了絕緣層,並使用自旋排列(極化)電子。主要優點是減少了寫入所需的電流,使它的速度可與讀取過程相比,並使高密度成為可能;但必須保持旋轉的連貫性,且高速操作仍需要使用較高的電流。 目前,該技術有望用於小於 65nm 的設備,使用正在研究的新複合結構。

4. RRAM

電阻型 RAM基於電阻元件材料的電子切換(感應電流或電壓),介於兩種穩定的電阻狀態(低/高)。 它通過氧化物絕緣體的突然傳導完成此切換。 RRAM 通過兩個操作在兩種電阻狀態之間切換:RESET 從低電阻狀態恢復高電阻狀態;SET 產生相反的轉變。

RRAM 可以縮小到 300nm 以下,一項基於氧化物的 RRAM的研究甚至表明 2nm 級別也可能會發生氧運動。 研究機構 IMEC 預計,帶層疊結構的 RRAM 設備能以 11nm 的規格進入市場,“SONOS”快閃記憶體作為在 17-14nm 節點的中間級。

RRAM 使用最小的能耗提供亞納秒切換,並提供資料穩定性同時可承受高溫和迴圈磨損。這種穩健性為包括汽車和嵌入式應用在內的市場提供了新機會。舉例說,Elpida 已開發出了 RRAM 原型,目標是在 2013 年開始批量生產,使用提供十億位元容量的設備並基於 30nm 製程。

終點尚未看到…

然而,上述四種技術均未取得大批量產的突破,目前僅限於小眾市場。快閃記憶體很可能會進一步縮小至少幾代,因此在我們可以說“王者已逝,萬歲…!”之前,還會有很長一段時間。

(本文經DesignSpark同意轉載)

關鍵字: PCM  MRAM  RRAM  FRAM  三星(Samsung美光 
相關新聞
三星攜手友達 推出8K無邊框頂級LCD電視
Mentor與三星Foundry合作 提高良率並簡化記憶體測試
【新聞十日談】5G手機三星贏了一小步?
美光發布第五年年度永續經營報告 啟動環境永續新目標
對抗新冠病毒蔓延 美光發起紫外線消毒機器人設計競賽
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
Lattice MachXO Control Development Kit
原廠/品牌:Lattice
供應商:Lattice
產品類別:FPGA
Lattice ECP3 PCI Express
原廠/品牌:Lattice
供應商:Lattice
產品類別:FPGA
Lattice ECP3 Video Protocol Board
原廠/品牌:Lattice
供應商:Lattice
產品類別:FPGA
  相關產品
» 三星推出8TB消費級固態硬碟 結合HDD級大容量與SSD高性能
» 英特爾將神經形態研究系統擴展至1億個神經元
» 美光推出次世代Crucial Ballistix電競記憶體
» 美光推出最新企業級和消費級SSD 進一步擴充資料儲存選項
» 美光推出16Gb低功率單片記憶體 滿足AI邊緣和5G應用需求
  相關文章
» Armv8.1-M架構介紹
» EDA雲端化一舉解決IC設計痛點
» 先進製程推升算力需求 雲端EDA帶來靈活性與彈性
» 新型態競爭風雲起 EDA啟動AI晶片新戰場
» RISC-V前進AIoT 商用生態系成形

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw