新興的記憶體技術可望在嵌入式應用中找到大量市場,從而取代NOR快閃記憶體(flash),用於在微控制器(MCU)與ASIC中儲存程式碼。

市調公司Objective Analysis分析師Jim Handy表示,「到了某個時間點,NOR將會因為微縮問題而帶來挑戰,所有的MCU和ASIC製造商及其邏輯代工廠,將會需要新的非揮性記憶體技術用於程式碼儲存——它可能發生在40nm或是14nm,最終將取決於代工廠的邏輯製程進展。」Handy將在即將舉行的美國國際半導體展(Semicon West)上發表新興記憶體市場趨勢。

業界目前面臨的挑戰是,在這些新記憶體技術得以量產以前,價格都還會十分昂貴。Handy說,其中,磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)最具優勢,因為Everspin長久以來一直在銷售其暫存用的獨立晶片。

格芯科技(Globalfoundries)則支持嵌入式MRAM (eMRAM)。Globalfoundries嵌入式記憶體副總裁David Eggleston說:「我們目前正與前五大MCU製造商中的四家公司合作,他們在40nm之後需要的是用於FinFET或FD-SOI的更低成本嵌入式快閃記憶體(e-flash)替代方案,因為將eflash添加到邏輯平台的成本開始大幅增加了。」

Eggleston指出,隨著Globalfoundries、台積電(TSMC)和三星(Samsung)分別量產不同的eMRAM版本——FD-SOI、bulk和SRAM替代產品,eMRAM開始變得更成熟,產量也逐漸提高中。

Globalfoundries推出採用採用22nm製程的eMRAM,並為Everspin製造了256-Mbit和Gbit的獨立MRAM產品。Globalfoundries和台積電都有能力展現eMRAM的高溫性能,以確保汽車製造商和工業用戶能夠在高溫(包括在260°C的回流焊)環境下仍保有儲存的資料。

Globalfoundries還與IP設計供應商eVaderis合作,提供可降低功耗洩漏的嵌入式MRAM設計。Eggleston說:「相較於較SRAM,汽車製造商對於eMRAM更易於降低洩漏以提高功率預算的特性備感興趣。」

Crossbar Inc.執行長George Minassian指出,在各種新興的記憶體替代方案中,「ReRAM具有可擴展性的優勢,因為即使是緊密封裝中,在1和0的導電細絲(filament)和無導電細絲之間的差別,仍然足夠大而可加以測量。」Minassian將在Semicon West上發表有關ReRAM的最新進展。

Minassian表示,ReRAM的最初應用將會是邏輯元件的嵌入式記憶體。Crossbar的元件目前正接受使用傳統CMOS材料的客戶進行驗證與測試。Microsemi最近取得了Crossbar的技術授權。此外,該公司還展示了用於邊緣進行AI影像辨識的ReRAM晶片。

Eggleston表示:「ReRAM在這些較小的製程節點上變得越來越有意思了,這些更低成本的簡單元件在選擇器上使用二極體取代電晶體,它可能會與嵌入式flash在程式碼儲存方面形成價格競爭。此外,雖然堆疊本身非常簡單,但為了控制原有的變異而在位元單元(bitcell)之外進行許多設計,造成ReRAM上市時程不斷地延遲。」

到目前為止,唯一的ReRAM商業應用似乎是Adesto Technology的導電橋接記憶(CBRAM)。 Handy說,這種抗輻射元件目前主要應用於以X射線消毒殺菌的手術器械中。

20180620_SEMI_NT02P1 新興記憶體技術將面臨相同的市場需求——如同DRAM與NAND一樣加速量產以降低成本(來源:Objective Analysis)

使用高K電介質的鐵電FET (FeFET)是另一種選擇。Eggleston說,FeFET承諾將使eMRAM或e-flash的成本減半,同時提供低功耗以及易於與邏輯元件整合。但是,其耐用度仍然有待改善,因此,他認為FeFET還需要進一步的研發。

Handy說,富士通(Fujitsu)已經為地鐵票卡生產了大量的上一代PZT FeRAM元件,但這種基於鉛的技術還存在著晶圓廠整合問題。新一代元件採用二氧化鉿(hafnium dioxide),其優點是可以使用已經在晶圓廠中量產的材料,但該元件可能存在磨損問題,目前的耐用性也極其有限。

編譯:Susan Hong

(參考原文:New Memories Seek Embedded Use,by Paula Doe, SEMI)