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應用材料實現物聯網與雲端運算適用的新型記憶體技術
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 報導】   2019年07月23日 星期二

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應用材料公司因應物聯網 (IoT) 和雲端運算所需的新記憶體技術,推出創新、用於大量製造的解決方案,有利於加快產業採納新記憶體技術的速度。

應用材料公司半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明
應用材料公司半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明

現今的大容量記憶體技術包括 DRAM、SRAM 和快閃記憶體,這些技術是在數十年前發明,已廣為數位裝置與系統所採用。新型記憶體-尤其是 MRAM、ReRAM 與 PCRAM-提供獨特的優點,但是這些記憶體所採用的新材料,同時為大量生產帶來了相當程度的挑戰。應用材料公司今日推出新的製造系統,能夠以原子級的精準度,進行新式材料的沉積,而這些新材料是生產前述新型記憶體的關鍵。應用材料公司推出了該公司迄今為止所開發過最先進的系統,讓這些新型記憶體能夠以工業級的規模穩定生產。

新推出的 Endura 平台,是應用材料公司所創造過最精密的晶片製造系統。應用材料公司廣泛的產品組合,為我們公司提供獨特的能力,以整合多項的材料工程技術與內建量測技術,打造出至今才有辦法實現的新型薄膜與結構。這些整合的平台說明新材料與 3D 結構如何扮演關鍵的角色,為運算產業提供全新的方式,以提升效能、減少耗能和改善成本。

適用於物聯網的 MRAM

電腦產業正在建構物聯網,其中將會有數百億個裝置內建感測器、運算與通訊功能,用來監控環境、作決策和傳送重要資訊到雲端資料中心。在儲存物聯網裝置的軟體與 AI 演算法方面,MRAM (磁性隨機存取記憶體) 是儲存用記憶體的首選之一。

MRAM 採用硬碟機中常見的精緻磁性材料。MRAM本來就是快速且非揮發性,就算在失去電力的情況下,也能保存軟體和資料。由於速度快與元件容忍度高,MRAM 最終可能做為第 3 級快取記憶體中 SRAM 的替代產品。MRAM 可以整合於物聯網晶片設計的後端互連層,進而實現更小的晶粒尺寸,並降低成本。

應用材料的新 Endura Clover MRAM 物理氣相沉積 (PVD) 平台,是由 9 個獨特的晶圓處理反應室組成,全都是在純淨、高真空的情況下完成整合。這是業界第一個大量生產用的 300 mm MRAM 系統,每個反應室可個別沉積最多 5 種不同的材料。MRAM 記憶體需經過至少 30 種不同材料層的精密沉積製程,其中某些材料層可能比人類的頭髮還細微 50 萬倍。製程中即使是厚薄度只有原子直徑一丁點的差異,就會對裝置的效能與可靠性造成極大的影響。Clover MRAM PVD 平台包括內建量測功能,可以用次埃級 (sub-angstrom) 的靈敏度,在 MRAM 層產生時測量和監控其厚度,以確保原子層級的均勻性,同時免除了暴露於外部環境的風險。

雲端中的 ReRAM 與 PCRAM

隨著資料量產生呈現指數性遽增,雲端資料中心也需要針對連結伺服器和儲存系統的資料路徑,達成這些路徑在速度與耗電量方面的數量級效能提升。ReRAM (電阻式隨機存取記憶體) 與 PCRAM (相變隨機存取記憶體) 是快速、非揮發性、低功率的高密度記憶體,可以做為「儲存級記憶體」,以填補伺服器 DRAM 與儲存記憶體之間,不斷擴大的價格與性能落差。

ReRAM 採用新材料製成,材料的作用類似於保險絲,可在數十億個儲存單元內選擇性地形成燈絲,以表示資料。對照之下,PCRAM 則採用 DVD 光碟片中可找到的相變材料,並藉由將材料的狀態從非晶態變成晶態,以進行位元的編程。類似於 3D NAND 記憶體,ReRAM 和 PCRAM 是以 3D 結構排列,而記憶體製造商可以在每一代的產品中加入更多層,以穩健地降低儲存成本。ReRAM 與 PCRAM 也提供編程與電阻率中間階段的可能性,讓每個儲存單元可以儲存多個位元的資料。

相較於 DRAM,ReRAM 與 PCRAM 皆承諾未來可大幅降低成本,而且讀取效能也比 NAND 和硬碟機快上許多。ReRAM 也是未來記憶體內運算架構的首要候選技術,能將運算元件整合於記憶體陣列中,以協助克服 AI 運算相關的資料移動瓶頸。

應用材料的 Endura Impulse 物理氣相沉積(PVD)平台適用於 PCRAM 與 ReRAM,包含最多 9 個在真空下進行整合的處理反應室及內建量測功能,能夠以精密的方式進行沉積,以及控制這些新型記憶體中所使用的多成分材料。

關鍵字: DRAM  應材 
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