團結力量大! 市場新秀「攜伴」推進ReRAM技術

作者 : Gary Hilson,EE Times特約記者

Weebit Nano與CEA-Leti最近分享了在電阻式隨機存取記憶體ReRAM (resistive-RAM)技術研發上的進展;不過,目前業界很少有公司已經準備好迎接該技術的黃金世代。

創立於2015年的以色列新秀Weebit Nano與法國研究機構CEA-Leti最近分享了在電阻式隨機存取記憶體ReRAM (resistive-RAM)技術研發上的進展;不過,目前業界很少有公司已經準備好迎接該技術的黃金世代。

CEA-Leti的ReRAM技術進展牽涉了一個「新奇方法」,讓ReRAM元件能根據所施加的偏壓,既扮演能量儲存元件也擔綱記憶體的角色。在該研究機構的技術藍圖中,一部份工作是持續探索將記憶體之中的能量做為補充功能,用於記憶體內運算(in-memory computing)以降低能耗。該機構表示,以ReRAM為基礎的電池是具備高度的可擴充性和動態配置性,能夠放在靠近處理器的記憶體區塊旁。

CEA-Keti資深研究員Gaël Pillonet指出,把能量供給放在靠近處理器的地方,在處理器需要峰值功率時特別有幫助;通常這是由外部電源所提供。ReRAM可望成為能量儲存裝置,是因為利用了法拉第程序(faradaic processes),將資訊儲存在一個有效磁區(active volume)中。「ReRAM有這種特性是因為以電化學過程為基礎;」他表示,這可以實現遠超過靜電電容的高能量和功率密度,也更具可擴充性,而且「媲美超級電容。」

在物聯網(IoT)應用上,一個節點可能包含計算用的ReRAM,在閒置時,它可以用來儲存能量;Pillonet指出:「我們可以動態配置記憶體,使其成為能量儲存模式或是記憶儲存模式,根據需要做什麼來決定。」這個在實驗室成功實現的演進,不需要劇烈地改變ReRAM,但在商用化之前仍有許多工作要做;「我們必須思考其封裝解決方案。」

Pillonet指出,電晶體能被很輕鬆地微縮,能量儲存卻是完全不同的狀況;一個鈕扣大小的電池單元不能以相同的效益微縮。「能量儲存元件的微縮至關重要;」他表示:「不過若是未來的IoT節點不需要太多能量,消耗的功率很低,或許我們就可以把所有東西放在一起。」

CEA-Leti和Weebit Nano也在記憶體技術的研究上進行合作,並於最近宣佈將分析Weebit ReRAM技術的環境影響,並將之與和其他非揮發性記憶體技術進行比較。這個評估計畫將聚焦於整體溫室氣體排放,以及資源使用與能量消耗,還有在開發、製造和部署過程中使用的氣體和化學品。

Weebit執行長Cody Hanoch將CEA-Leti視為自家公司的延伸,後者在開發以ReRAM技術為基礎的離散記憶體元件上扮演關鍵角色。為了實現目標,Weebit擴大與這家法國研究機構在智慧財產權上的合作,以利用其記憶體研究成果。舉例來說,雙方聯手開發了記憶體IP,而Weebit已在其ReRAM產品中結合取自CEA-Leti授權的IP。

 

Weebit Nano開發的嵌入式ReRAM記憶體模組。

(來源:Weebit Nano)

 

這對合作夥伴最近也展示了採用28奈米製程技術的量產等級Weebit ReRAM技術,這是邁向生產嵌入式非揮發性記憶體的關鍵步驟。雙方聯手在12吋晶圓上,以28奈米節點測試了1MB的ReRAM陣列。

ReRAM選擇器

還有一個技術焦點是離散式ReRAM所需的選擇器(selector)開發──選擇器是打造更大型陣列的關鍵元件,讓ReRAM或許有機會能與NAND競爭。Weebit與CEA-Leti的合作,促成了雙向閾值開關(ovonic threshold switch)選擇器,與基於氧化物之ReRAM的整合。

選擇器是記憶體晶片的關鍵要素,能幫助只存取所需要的記憶體單元;在嵌入式應用中,通常以電晶體作為選擇器元件,但電晶體無法支援離散晶片所需的密度。Weebit的Hanoch表示,選擇器是具挑戰性的技術,需要花費時間、努力和金錢。

Weebit最近宣佈,與合作夥伴CEA-Leti已經開發出首款可運作的交錯型陣列(crossbar array),這是打造離散式(獨立)非揮發性記憶體晶片的關鍵里程碑。因為用於嵌入式ReRAM陣列的單電晶體、單電阻架構,不足以支持離散式記憶體晶片所需要的大型的記憶體單元陣列。

而Weebit的交錯型陣列則是採用單選擇器、單電阻架構,這讓離散式晶片取得所需的高密度,還可透過實現3D堆疊層提供更高的密度。Hanoch指出,雙方的聯合開發專案可回溯至2016年9月,包括Weebit的氧化矽技術;「顯然,開發選擇器是一個龐大專案,因此與CEA-Leti合作是很自然的。」

Weebit也與美國業者SkyWater Technology合作,後者正在驗證Weebit ReRAM技術以該公司130奈米CMOS製程上執行的可行性; 一旦通過驗證,就能作為類比、電源管理、車用、IoT與抗輻射等設計上的嵌入式非揮發性記憶體IP。根據雙方技轉與驗證合作協議,Weebit的嵌入式ReRAM技術將於2022年底移轉至SkyWater的晶圓廠進行量產。

有鑑於ReRAM在AI應用上的效益,Weebite也正在探索神經網路和神經形態運算(neuromorphic computing)的應用。Hanoch指出:「我們在不同的領先研究機構都有合作夥伴,作為一家新創公司,不能一味往前衝、做所有想做的事情,必須要專注。」隨著離散式元件與陣列的開發,目前該公司的嵌入式業務正帶動營收成長。

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年3月號

責編:Judith Cheng

(參考原文:Weebit, CEA-Leti Advance ReRAM Technology,By Gary Hilson)

 

 

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