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替代NOR和NAND闪存,快千倍的ReRAM在中国量产

利用中芯国际的40纳米工艺,内存芯片设计公司Crossbar成功实现ReRAM芯片量产,密度比DRAM更高40倍,耐久度与写入速度比NAND闪存快1000倍。

非挥发性电阻式内存(ReRAM)开发商Crossbar Inc.利用非导电的银离子-非晶硅(a-Si)为基板材料,并透过电场转换机制,开发出号称比NAND闪存更快千倍速度的ReRAM组件,同时就像先前在2016年所承诺地如期实现量产。I0aesmc

根据Crossbar策略营销与业务发展副总裁Sylvain Dubois表示,专为嵌入式非挥发性内存(eNVM)应用而打造的Crossbar ReRAM提供了更高性能,密度比DRAM更高40倍,耐久度与写入速度更高1000倍,单芯片尺寸约200mm2左右,即可实现高达terabyte(TB)级的储存,并具有结构简单与易于制造等优点。
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Crossbar ReRAM技术易于配置,以实现低成本制造I0aesmc

该ReRAM组件目前正由其合作伙伴中芯国际(SMIC)进行生产,SMIC最近已宣布为客户出样40nm CMOS制程的ReRAM芯片。除了量产40nm ReRAM,预计不久也将实现28nm CMOS的生产。Dubois预期这一时间大约就在2017年的上半年,但他并未透露是否仍沿用SMIC还是其他代工厂为其生产28nm CMOS。I0aesmc

Crossbar成立于2010年,迄今已筹措超过8000万美元的资金,包括获得来自中国创投公司Northern Light Venture Capital的支持。该公司目前正寻求透过知识财产权(IP)的授权业务模式。I0aesmc

Crossbar是目前竞相投入开发非挥发性内存(NVM)技术的多家公司之一;NVM技术可望用于取代闪存,并可微缩至28nm以及更先进制程。尤其是在相变内存无法成功用于商用市场后,ReRAM已被业界视为一种更可能取得成功的备选技术。不过,ReRAM技术也有多种版本,在许多情况下,可能无法完全深入了解在其切换和失效模式背后的原理。有些人甚至指出磁性内存(MRAM)可能会是在28nm节点胜出的非挥发性内存。I0aesmc

另一种竞争技术是基于碳奈米管(CNT)薄层的非挥发性内存,由Nantero Inc.所提供。该公司已将其CNT RAM技术授权给无晶圆厂芯片公司——富士通半导体(Fujitsu Semiconductor),用于其55nm及其后的40nm先进制程中。I0aesmc

“有些应用需要16Mbit或更高位的内存,有些则不需要。我们正致力于处理更大的宏,但也让客户开发自家的ReRAM宏,”Dubois说。I0aesmc

ReRAM已经明显表现出优于闪存的优点了,包括20奈秒(ns)的读取延迟以及12ns的写入延迟,相形之下,闪存还存在几毫秒的延迟。Dubois解释,“我们的技术并不存在区段擦除(block erase),因而能够重新写入单个字节。”至于其耐久性,Dubois强调,Crossbar可确保达到100k次的读写周期。他说:“对于这些应用,100k是一般锁定的目标,但我们持续使其推向更高的稳定度。”I0aesmc

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Crossbar ReRAM内建选择特性,能使内存单元在1T1R数组中实现超低延迟的读取,或在1TnR数组中实现最佳面积效率(4F2单元)I0aesmc

Crossbar目前正推动双轨业务策略,一方面针对嵌入式非挥发性应用研发ReRAM,另一方面则作为高容量独立型内存的技术开发者。尽管Crossbar在2016年闪存高峰会(Flash Memory Summit)与2017年国际消费性电子展(CES)上仍以选用组件展示其进行交叉点数组的能力,但以技术成熟度来看,嵌入式非挥发性内存大约超前一年以上。I0aesmc

Crossbar并声称具备为其密集交叉点内存数组进行3D堆栈的能力,使其得以微缩至10nm以下,并为每单元储存多个位,从而在单一芯片上实现高达TB级的高容量非挥发性内存。I0aesmc

Dubois表示,Crossbar正与一家或多家公司合作,共同创造高容量的分离式ReRAM组件,同时也将采用授权业务模式。但他并未透露是哪几家合作伙伴或获授权的业者。I0aesmc

然而,Crossbar强调,未来将会以自家公司品牌开发独立的内存,以便在编码储存取代NOR闪存,以及在数据储存方面取代NAND闪存。“为了进军这一市场,必须与其他业者合作,形成强大的策略联盟,”Dubois表示,“我们的目标是成为内存产业的ARM!”I0aesmc

Dubois指出,Crossbar的客户尚未商用化量产其嵌入ReRAM的IC,而今在从SMIC取得样片后,预计后续的发展将会加速。“对于公司和市场来说,目前正是关键的阶段。我们必须证明其可靠性。”I0aesmc

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Peter Clarke
业内资深人士Peter Clarke负责EETimes欧洲的Analog网站。 由于对新兴技术和创业公司的特殊兴趣,他自1984年以来一直在撰写有关半导体行业的文章,并于1994年至2013年为EE Times美国版撰稿。
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