非揮發性電阻式記憶體(ReRAM)開發商Crossbar Inc.利用非導電的銀離子-非晶矽(a-Si)為基板材料,並透過電場轉換機制,開發出號稱比NAND快閃記憶體更快千倍速度的ReRAM元件,同時就像先前在2016年所承諾地如期實現量產。

根據Crossbar策略行銷與業務發展副總裁Sylvain Dubois表示,專為嵌入式非揮發性記憶體(eNVM)應用而打造的Crossbar ReRAM提供了更高性能,密度比DRAM更高40倍,耐久度與寫入速度更高1,000倍,單晶片尺寸約200mm2左右,即可實現高達terabyte(TB)級的儲存,並具有結構簡單與易於製造等優點。

20170210 Crossbar NT31P1 Crossbar ReRAM技術易於配置,以實現低成本製造

該ReRAM元件目前正由其合作夥伴中芯國際(SMIC)進行生產,SMIC最近已宣佈為客戶出樣40nm CMOS製程的ReRAM晶片。除了量產40nm ReRAM,預計不久也將實現28nm CMOS的生產。Dubois預期這一時間大約就在2017年的上半年,但他並未透露是否仍沿用SMIC還是其他代工廠為其生產28nm CMOS。

Crossbar成立於2010年,迄今已籌措超過8,000萬美元的資金,包括獲得來自中國創投公司Northern Light Venture Capital的支持。該公司目前正尋求透過知識財產權(IP)的授權業務模式。

Crossbar是目前競相投入開發非揮發性記憶體(NVM)技術的多家公司之一;NVM技術可望用於取代快閃記憶體,並可微縮至28nm以及更先進製程。尤其是在相變記憶體無法成功用於商用市場後,ReRAM已被業界視為一種更可能取得成功的備選技術。不過,ReRAM技術也有多種版本,在許多情況下,可能無法完全深入了解在其切換和失效模式背後的原理。有些人甚至指出磁性記憶體(MRAM)可能會是在28nm節點勝出的非揮發性記憶體。

另一種競爭技術是基於碳奈米管(CNT)薄層的非揮發性記憶體,由Nantero Inc.所提供。該公司已將其CNT RAM技術授權給無晶圓廠晶片公司——富士通半導體(Fujitsu Semiconductor),用於其55nm及其後的40nm先進製程中。

「有些應用需要16Mbit或更高位元的記憶體,有些則不需要。我們正致力於處理更大的巨集,但也讓客戶開發自家的ReRAM巨集,」Dubois說。

ReRAM已經明顯表現出優於快閃記憶體的優點了,包括20奈秒(ns)的讀取延遲以及12ns的寫入延遲,相形之下,快閃記憶體還存在幾毫秒的延遲。Dubois解釋,「我們的技術並不存在區段擦除(block erase),因而能夠重新寫入單個位元組。」至於其耐久性,Dubois強調,Crossbar可確保達到100k次的讀寫週期。他說:「對於這些應用,100k是一般鎖定的目標,但我們持續使其推向更高的穩定度。」

20170210 Crossbar NT31P Crossbar ReRAM內建選擇特性,能使記憶體單元在1T1R陣列中實現超低延遲的讀取,或在1TnR陣列中實現最佳面積效率(4F2單元)

Crossbar目前正推動雙軌業務策略,一方面針對嵌入式非揮發性應用研發ReRAM,另一方面則作為高容量獨立型記憶體的技術開發者。儘管Crossbar在2016年快閃記憶體高峰會(Flash Memory Summit)與2017年國際消費性電子展(CES)上仍以選用元件展示其進行交叉點陣列的能力,但以技術成熟度來看,嵌入式非揮發性記憶體大約超前一年以上。

Crossbar並聲稱具備為其密集交叉點記憶體陣列進行3D堆疊的能力,使其得以微縮至10nm以下,並為每單元儲存多個位元,從而在單一晶片上實現高達TB級的高容量非揮發性記憶體。

Dubois表示,Crossbar正與一家或多家公司合作,共同創造高容量的分離式ReRAM元件,同時也將採用授權業務模式。但他並未透露是哪幾家合作夥伴或獲授權的業者。

然而,Crossbar強調,未來將會以自家公司品牌開發獨立的記憶體,以便在編碼儲存取代NOR快閃記憶體,以及在資料儲存方面取代NAND快閃記憶體。「為了進軍這一市場,必須與其他業者合作,形成強大的策略聯盟,」Dubois表示,「我們的目標是成為記憶體產業的ARM!」

Dubois指出,Crossbar的客戶尚未商用化量產其嵌入ReRAM的IC,而今在從SMIC取得樣片後,預計後續的發展將會加速。「對於公司和市場來說,目前正是關鍵的階段。我們必須證明其可靠性。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Crossbar ReRAM in Production at SMIC,by Peter Clarke)