MRAM能否助歐盟重新回到記憶體競爭隊伍中?

作者 : Jean-Pierre Nozières,Antaios 董事長暨執行長及Spintec 研究實驗室聯合創辦人

微控制器中使用的嵌入式MRAM模組和資料儲存晶片中的獨立XPoint記憶體模組現如今都屬於最前瞻的技術,但是只有時間才能證明哪些技術和應用將會成功,哪些僅僅是白忙一場…

記憶體技術在電子系統中無所不在,用途也相當廣泛:從儲存資料到快取、緩衝,以及最近開發出的(記憶體內)運算。正如我們所知,記憶體的種類非常多:從發熱的快速揮發性片上SRAM快取,到低溫的慢速高能耗非揮發性儲存快閃記憶體,再到多層片外DRAM緩衝和工作儲存模組。打個比方,記憶體的競爭就像半導體產業內的「歐洲冠軍聯賽」(Champions League):相同的球隊、相同的規則,年年都比。

然而,過去數十年裡有太多的技術承諾並未實現,人們卻又開始挑戰更新的記憶體技術,似乎已準備好躋身最高級別的記憶體競爭中。微控制器中使用的嵌入式MRAM模組和資料儲存晶片中的獨立XPoint記憶體模組現如今都屬於最前瞻的技術,但是只有時間才能證明哪些技術和應用將會成功,哪些僅僅是白忙一場。

但是,想要快速更換「球員的國籍」似乎不太可能。來自美國和亞洲的公司將繼續佔領市場,留給世界其他地區的將只有殘羹剩飯。歐洲在記憶體產業中一直處於邊緣地位,他們一直推動的產業Tier 1的晶片業務,如今也瀕臨出局,更何況歐洲在終端使用者市場中所佔的比重本來就少。

參與記憶體競爭需要大量資金支援(還是可以用足球聯賽來比喻),歐洲的命運並不會突然發生逆轉。但他們仍然有一線希望,這個希望來自科學家們——沒錯,就是那些不斷聲稱發現了「即將改變世界的新技術」,以及圍繞這些新技術而發展起來的新興公司。

來聊聊MRAM。二十多年來,MRAM的宣導者一直在吹噓他們可以利用一種適用於各種記憶體的技術,建立一個更好的(記憶體)世界。這項技術的開發者像是在豪賭,在經歷了許多曲折和公關活動之後,業界似乎終於開始進行產品研發了。最新的產品是自旋轉移矩MRAM (spin-transfer torque MRAM,STT MRAM),現已成為業界公認的嵌入式記憶體選擇方案,取代了作為先進技術節點的嵌入式快閃記憶體(圖1)。與獨立記憶體所需的尖端技術相比,具有先進特徵尺寸的嵌入式記憶體更容易進入市場,所有的龍頭代工廠現在都加入到STT潮流中。儘管實現量產還需假以時日,但MRAM成為主流已不再是「能否」,而是「何時」。

 

圖1: 自STT MRAM和SOT現象。

(來源:Antaios)

 

STT的路途漫長而曲折,它還需要很多科學技術上的突破,不僅是常規的製程整合的突破,還需要結合基礎材料和電子傳輸科學等,而這些都只存在於學術研究實驗室中。當然,並非所有的科研工作都會成功,但某些研究,例如最近發現的自旋軌道轉矩(SOT)現象,看起來很有研究價值。

STT陷入了速度、耐用性和資料保存的三方拉鋸戰,它無法同時滿足這三方面的要求,而SOT則可望同時提供資料儲存和快取應用服務,從而取代幾乎所有晶片中(從微控制器到微處理器和SoC)的嵌入式快閃記憶體和嵌入式SRAM。完成SOT-MRAM的研究還需要一段時間,但是該技術的前景讓所有的努力和付出都是值得的。

追根溯源,MRAM並不是歐洲的發明,它基於自旋電子學,自旋電子學很早以前就有了,可追溯到2007年授予Albert Fert 和Peter Grünberg的諾貝爾物理學獎。 過去幾年中,歐洲科學家也對此做出了極大的貢獻,並申請了無數的關鍵專利。在歐盟的補貼下,歐洲頂級研究實驗室培養了大量的高新技術專業人員。但是,大多數相關的收入和工作崗位卻在實驗室以外。

MRAM最新的發展能否協助歐洲重新加入記憶體競爭的產業?歐盟微電子技術中心IMEC已經擁有了一條一流的MRAM試生產線,為該產業多個領先的公司提供服務;Arm是記憶體IP和編譯器的全球領導者,他們在法國南部的一個團隊正努力研發第一個MRAM記憶體編譯器。位於德國Dresden的GlobalFoundries,也在其先進的製造工廠中提升STT產能。價值鏈上的許多新創公司都出自世界一流的自旋電子實驗室生,遍佈整個歐洲大陸。例如,Hprobe致力於成為MRAM測試設備的領導者;Spin-Ion Technologies主攻製程技術;法國的新創公司Antaios是SOT-MRAM技術的先驅,他們已經建立了重要的合作夥伴關係以證明SOT的價值,並將SOT從最初的Spintec實驗室轉移至合作工廠。

沒有人會愚蠢到相信價值數十億美元的SOT-MRAM超級工廠將建立在歐洲大陸。在一個高度全球化的生態系統中,歐洲想要在自己的後花園裡自行開發新技術是做白日夢。歐洲與美國和亞洲的工業巨頭進行戰略合作是不可避免的,但是,Antaios及其他新創公司還是有機會成為關鍵技術的供應商,並分得一杯羹。

無論如何,MRAM都會進入半導體市場。歐盟需要確保其核心技術處於最前端並不斷發展,從「可望成功」到未來成為「獨角獸」(誰說得準呢),但要做到這一點,需要的不僅僅是商譽。金錢到哪裡都很有用,無論是風險投資、企業資金還是政府支持,要成為改變遊戲規則的人,這筆錢必須給到產業鏈的最基層、新創公司和研究實驗室。回到對足球的比喻,不僅富裕的老牌球隊需要支援,年輕、充滿希望且玩法新奇的新興球隊也需要支援,規模大的並不總是好的。

(參考原文:Can MRAM Get EU Back in the Memory Game?,by Jean-Pierre Nozières編譯)

本文同步刊登於EDN China 2021年7月號雜誌

 

 

 

 

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