长江后浪推前浪:新时代的存储器将代替DRAM与NAND成为主流

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随着移动设备、物联网应用的兴起,对于节能的资料储存与存储器技术需求日益增加。目前的存储器技术以DRAM与NAND快闪存储器为主流,但DRAM的读写速度快无法长时间储存资料;NAND Flash能保存资料,但读写速度不佳。

同时兼具运算、储存能力的下世代存储器,如磁阻式存储器(MRAM)、电阻式存储器(RRAM)、3D XPoint技术与高潜力的自旋电子磁性存储器(STT-MRAM)等,就成为下世代存储器技术的新宠儿。

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MRAM的技术在学理上存取速度将超越DRAM达到接近SRAM,且断电后资料不流失,早期由Everspin公司开发,被视为下世代存储器技术的重要的竞争者。2017年是MRAM技术爆发的一年,当年在日本举办的大型集成电路技术、系统和应用国际研讨会,格罗方德与 Everspin公司共同发布有抗热消磁eMRAN技术,具能够让资料在摄氏150度下保存资料,可长达十数年的22纳米制程的制程技术,预计2017年底、2018年投产。

而曾经投入存储器研发生产,但却不敌成本高昂而退出存储器市场的台积电,在2017年台积电技术论坛中,揭露已具备22纳米制程嵌入式磁阻式存储器(eMRAM)的生产技术,预定2018年试产。

RRAM其优点是消耗电力较NAND低,且写入资讯速度比NAND快闪存储器快1万倍,主要投入研究的厂商有美光、Sony。

台积电也已宣布具备生产22纳米eRRAM技术。3D XPoint技术的主要厂商为美光,采用多层线路构成的三维结构,并采用栅状电线电阻来表示0和1,原理类似RRAM。

为储存装置的良好的替代品,具有比NAND快闪存储器快了近1,000倍,也可用于运算速度要求低的计算应用。

STT-MRAM是运用量子力学的电子自旋角动量的技术应用,具有DRAM和SRAM的高性能且低功耗,并相容现有的CMOS制造技术与制程。

目前主要投入厂商有IBM与SK海力士和东芝,其中IBM在IEEE发布研究论文表示,已成功实现10奈秒的传输速度和超省电架构。

尽管下世代存储器未来有望取代部分DRAM与NAND快闪存储器的市场,甚至取代旧有技术。但是笔者认为,随着人工智能、物联网设备与更多的资料收集与传感需求,下世代的存储器技术首先将着眼于以新应用的需求为主,如台积电锁定的嵌入式存储器,并充分发挥运算与储存二合一的优势,进一步微缩大小,达到元件更高的市场渗透率。

但是若从厂商动态来看,22纳米的eMRAM技术将于2018年年后逐渐成熟,并开始有大量的市场应用。

注:本文作者为台湾地区实验研究院科技政策研究与资讯中心研究员王宣智

 

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