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【存储器】市场机遇将至 这几种新型存储器有何优势?

来源:全球半导体观察    原作者:echo    

近年来,DRAM、NAND Flash、Nor Flash已发展成为全球主流存储器,但随着这些传统存储器微缩制程已逼近极限,加上存储技术发展进步以及终端需求的变化,新型存储器亦越来越受到市场关注,有的新型存储器正在迅速发展壮大,市场成长速度喜人。

今年5月,集邦咨询旗下半导体研究中心(DRAMeXchange)报告指出,不论是DRAM或NAND Flash,现有的存储器解决方案都面临着制程持续微缩的物理极限,这意味着要持续提升性能与降低成本都将更加困难。

DRAMeXchange认为,次世代存储器(新型存储器)与现有解决方案各有优劣,最关键的机会点仍是在于价格。展望未来,需求陆续回温与价格弹性所带动的库存回补动能,可望带动2020年的现有存储器价格止跌反弹,让次世代存储器解决方案有机会打入市场。

目前英特尔、三星电子、美光等厂商皆已投入发展新型存储器。那么,目前市场上有哪些常见的新型存储器呢?下面将来盘点一下——

PRAM

PRAM(相变存储器),也有人称PCM(Phase Change Memory),据悉该存储器技术是一种三明治结构,中间是相变层(和光盘材料一样,GST),这种材料的一个特性是会在晶化(低阻态)和非晶化(高阻态)之间转变,即利用这个高低阻态的变化来实现存储。与传统存储技术相比,PRAM拥有读写速度快、耐用性强、非挥发性等,读取速度和写入次数均优于领先于NAND Flash。

据了解,英特尔和三星电子于2006年生产了第一款商用PRAM芯片。2015年,英特尔与美光联合推出3D XPoint技术,业界认为该技术基于PRAM并将其归类于PRAM,该技术同时具备DRAM和NAND的特性,承诺提供类似RAM的动态速度,价格点在DRAM和NAND之间。

英特尔官方介绍称,3D XPoint的读写速度是NAND Flash的1000倍,且使用寿命更长。

MRAM

MRAM(磁性存储器)是一种非易失性存储器。据悉,MRAM技术速度接近静态随机存储的高速读取写入能力,具有闪存的非易失性,容量密度及使用寿命不输DRAM,但平均能耗远低于DRAM,且基本上可无限次地重复写入。

MRAM曾获得多家产业巨头的青睐,摩托罗拉的半导体部门、IBM、英飞凌、赛普拉斯、瑞萨、三星电子、SK海力士、美光等均曾陆续投入研发MRAM的行列。

目前,国际上有多个国家和地区的政府及公司巨资投入开发MRAM产品,包括IBM、WD、东芝、三星电子、TDK、Seagate、Headway等。其中,IBM、Eversipin、三星电子为主要代表企业,从飞思卡尔独立出来的Everspin据称为全球第一家大批量提供商用MRAM产品的企业,GlobalFoundries、台积电、联电等晶圆代工厂商亦逐步投入嵌入式MRAM生产。

目前,MRAM技术已在向第二代发展,主流研究在于TAS-MRAM和STT-MRAM,STT-MRAM被视为是可以挑战DRAM和SRAM的高性能存储器,Everspin、三星电子、IBM、Grandis等企业均已涉足。

FRAM

FRAM(铁电存储器)学术名为FeRAM,业界一般称其为FRAM,是一种非易失性存储器。采用铁电材料(PZT等)的铁电性和铁电效应来进行非易失性数据存储的存储器。FRAM具有ROM(只读存储器)和RAM(随机存取器)的特点,在高速读写入、高读写耐久性、低功耗和防窜改方面具有优势。

据了解,FRAM技术早于1921年被提出,1993年美国Ramtron公司成功开发出第一个4K位的铁电存储器FRAM产品,FRAM存储器逐渐开始商业化,主要供应商包括Ramtrom、TI、富士通等。富士通曾为Ramtrom进行单体存储器的量产晶圆代工,2020年双方终止合作,富士通开始独自开发FRAM并竭力推广。

ReRAM

ReRAM(阻变存储器)是一种非易失性存储器,通过向金属氧化物薄膜施加脉冲电压,产生大的电阻差值来存储“0”和“1”。?其结构非常简单,两侧电极将金属氧化物包夹于中间,简化了制造工艺,同时可实现低功耗和高速重写等性能,比较适合可穿戴设备和小型医疗设备市场。

目前富士通、松下、Crossbar、东芝、Elpida、索尼、美光、SK海力士等厂商均在开展ReRAM的研究和生产工作。

NRAM

NRAM(碳纳米管存储器)是基于碳纳米管的非易失性存储器,该技术由美国公司Nantero开发,并授权于富士通为NRAM的首个商业合作伙伴,富士通从Nantero购买了IP,取得了NRAM的设计、生产和销售许可。

据介绍,NRAM规格类似或接近于FRAM,存储密度远高于FRAM,读写速度接近于DRAM,比NAND Flash快100倍,拥有多于Flash 1000倍以上的读写次数,存储信息能保持更长久,待机模式的功耗接近于零,未来生产工艺技术将低于5nm。

小结:

目前,从市场份额上看,传统存储器仍占据着绝大部分市场,但随着5G时代到来,带动物联网、人工智能、智慧城市等应用市场发展并向存储器提出多样化需求,加上传统存储器市场价格变化等因素,新型存储器将在市场发挥越来越重要的作用。

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