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电子存储器迎来革新RRAM和MRAM的优势是什么
发布日期:2019-11-21 11:20   来源:未知   阅读:

  在最近的一年,固态硬盘和内存的涨势却是让很多厂商都挣得盆满钵满的,就连美光也一反颓势,取得了相当不错的成绩。不过现在三星、海力士、美光都没有明显要扩大产能的想法,主要有两方面的考虑:

  第一,智能手机的发展虽然极快,但是随着市场的逐渐饱和,用户对于智能手机的更新迭代逐渐放缓。在接下来的两年内,存储芯片市场需求可能会出现下滑,现在贸贸然扩产将会导致厂商间大打价格战,对于芯片制造商并不是好消息。 第二,中国这几年在大力投资半导体。在去年,更是投入了数百亿美元资金,在武汉、南京等地建设晶圆厂,其中涉及到处理器、存储芯片等尖端半导体行业,预计开始出货时间在2020年前后,届时存储器市场的竞争也会进一步加剧,三星、海力士、美光在这时候投资建设新厂,正式出货时间与国内的芯片厂差不多,可能会得不偿失,所以也打消了念头。

  除了着眼于短期的利益之外,存储芯片厂商还有另外的发展方向。这两年,DRAM和NAND Flash之间的边界正在消失。在今年3月份,英特尔正式开卖与美光联合开发的3D Xpoint产品Optane。Optane就是打破DRAM和NAND Flash芯片边界的产品,它拥有DRAM的高速擦写能力,同时又可以兼顾NAND Flash的非易失性。换句话说,Optane可以让电脑实现线D Xpoint之外,最近MRAM和RRAM同样受到行业关注,甚至连曾经在存储器行业铩羽而归的台积电,也计划再次投入存储器产业。除了台积电之外,三星、英特尔、格罗方德等也摩拳擦掌。是什么技术让各个半导体巨头都想快速进入,分一杯羹呢?它们就是MRAM和RRAM。

  MRAM(磁阻式随机存取储存器)是一种非挥发性存储器技术,他的技术特点是就算电流关掉,存储器中的资料也并不会消失。MRAM这种技术和我们现在常见的非易失性存储器NAND Flash相似,但它的读写速度接近SRAM,同时具备NAND Flash芯片的非挥发性特质,寿命不逊色于DRAM,能耗也比DRAM低。

  RRAM(可变电阻式存储器)与MRAM一样是非挥发性存储器,与NAND产品相比,它的能耗更低,而且读写速度更是NAND存储器的1万倍,具有可以取代NAND产品的可能。

  目前的存储器主要分为SRAM、DRAM、MRAM/RRAM以及NAND Flash四种,其中SRAM主要用在处理器cache缓存;而DRAM则是我们常见的电脑内存、显卡显存、手机运行内存等;MRAM、RRAM则是新世代的产物,NAND芯片则是固态硬盘、手机ROM、内存卡等产品。

  其实MRAM和RRAM并不是近些年的产物,早在1990年,就有厂商开始投入开发。之所以在近些年露出曙光是因为高速运算时代到来,DRAM与CPU之间的频宽渐渐成为运算的瓶颈;再加上摩尔定律的限制,DRAM的弊端也在被逐渐放大。在大数据与云计算、云存储的时代,开发新的、具有针对性的半导体产品成为众多企业的目标。

  为了解决NAND、DRAM、CPU三者之间的瓶颈,HBN、TSV、offload运算加速器成为产业研发重心。前面讲MRAM、RRAM都具有NAND的非易失性,处理器运算完成的数据可以直接存储起来,无需再通过CPU将数据存放到NAND存储器中,这样可以加快运算速度,减少能耗。这也是未来存储器发展的方向,英特尔和美光联合开发的3D Xpoint就是最好例子。这也是为了一种半导体都想再进入存储器产业的原因。

  尽管MRAM、RRAM等嵌入式存储器拥有相当大的潜力,但是要去代目前DRAM和NAND还是有相当难度的。按照目前的市场价格,一块128G的固态硬盘零售价为350元,16G的Optane硬盘的价格也在350元左右,8倍的单价存储密度还是很多人所不能接受的;而且单块Optane的容量为16G,一般用户使用普通固态硬盘就可以完全满足日常使用,Optane现阶段更多的是面对企业级服务器出货。

  台积电、格罗方德等纯晶圆代工厂商之所以想要进入到次世代存储器市场,最重要的原因是芯片产业向着更高集成度的方向走,未来的存储器可能会直接集成到处理器当中,AMD的的Fury系列显卡就是已经有这样的趋势,虽然远没达到将全部集成到一块芯片中,但趋势已经是非常明显的。