全新存储器崛起:你觉得谁会最终胜出?

鸿秦科技2018-12-05 15:45:48

 

新存储器崛起

谁将成为下一时代主流


      近些年的存储市场,多种新技术如雨后春笋般纷纷出现,而随着下一代存储器市场的升温,也会将这些新产品引入主流市场仍面临着一些挑战。业界一直致力于各种存储技术的研究,包括碳纳米管RAM、FRAM、MRAM、相变存储器,以及ReRAM。有些已经出货,有些尚在研发。每种存储器类型都不同,并且针对特定的应用,但它们都承诺取代当今分级存储器体系中的一种或多种传统存储器。



      在分级存储器体系的第一层中,SRAM集成到处理器中以支持快速数据访问。DRAM是体系结构中的下一层,用于主存储器。磁盘驱动器和基于NAND的固态存储驱动器(SSD)用于存储。

      今天的存储器类型可以胜任各项工作,但它们正在追赶系统中数据和带宽需求的爆炸性增长。例如,DRAM速度快但耗电量大,而NAND和硬盘驱动器很便宜,但速度慢。这也正是下一代存储器的用武之地。



      新的存储器类型结合了SRAM的速度和flash的非易失性,具有无限的耐用性。这些技术拥有一些令人印象深刻的规格,但它们要么被推迟,要么未能实现承诺,亦或两者兼而有之。而事实上,将许多新的存储器类型投入大规模生产一直是一个难题。这些存储器依赖于奇异的材料和转换机制,使得它们难以在现场制造和工作,而且非常昂贵。


几家争雄

谁的技术会是下一代?


      为了取代DRAM,新的存储器类型必须更便宜,而且它周围必须有完整的基础构造,例如DRAM兼容接口和控制器。因此,如果新的存储器类型无法取代传统技术,那么它们会适用在哪里呢?

      Lam Research高级技术总监Alex Yoon在一篇博客中表示:“云计算和最新的移动产品等应用正在推动对一种新的存储器类别的需求,它将DRAM的速度与NAND更高的比特密度和更低的成本结合起来。为了达到这些标准,一些新技术正在探索中。一些公司瞄准的是嵌入式应用,如片上系统,而另一些公司则专注于存储级别的存储器领域。”



      现在,英特尔正在推出名为3D XPoint的下一代内存。

      随后,GlobalFoundries、三星、台积电和联华电子正在为嵌入式市场开发新的存储器类型。Objective Analysis的分析师Jim Handy表示:“真正重要的是,逻辑晶圆厂正在为嵌入式存储器开发MRAM和电阻式RAM。对于独立的存储器市场而言,成本很高。这使得它只能吸引那些愿意出大价钱的人,因为他们无法在其他地方获得他们想要的东西。”


产品分析

是否会替代现有存储


—3D XPoint


      3D XPoint花了很长时间,但几款下一代存储器正在崛起。每一种新的存储器都有一些有趣的特性,声称它们可以胜过传统存储器。不过,至少目前而言,新存储器不太可能取代DRAM、flash和SRAM。



      当3D XPoint于2015年正式推出时,该技术被吹捧为介于DRAM和NAND之间的存储类存储器,它会比NAND快1000倍,耐用性高1000倍。但实际上,3D XPoint已被推迟,并且未能达到这些规格。事实上,在几经推迟之后,英特尔正在升级基于3D XPoint的SSD和其他产品。最终,英特尔将在DIMM中将该技术用于服务器。Webb说:“使用3D XPoint,英特尔会拥有最耐用且最快的SSD。

      虽然这项技术存储速度很快,但并不是NAND的1000倍。Webb说:“它的成本也远高于NAND,它不是DRAM的替代品,而是DRAM的补充。”

—MRAM vs ReRAM


      与此同时业界也在开发其他新的存储器类型,例如MRAM和ReRAM。与3D XPoint一样,MRAM和ReRAM可以作为独立器件生产和销售。3D XPoint不作为嵌入式存储器出售。相比之下,MRAM和ReRAM也可用于嵌入式存储器市场。



      传统存储器中,数据以电荷的形式存储。相比之下,MRAM使用磁隧道结(MTJ)作为存储单元。MTJ由内存堆叠组成,可以为给定的应用重新配置。但是在调整MTJ堆叠时,在耐久性、数据保持和写入脉冲宽度方面存在一些折衷。

      STT-MRAM还有别的优点,也有一些缺点:“MRAM在速度上很好,但在成本和密度上无法竞争。此外,STT-MRAM比之前认为的更难以制造,因此限制了该技术在市场上的出货量。”迄今为止,Everspin是唯一一家出货基于STT-MRAM的独立部件的公司。



      虽然Avalanche、Crocus、三星、东芝、SK海力士、Spin Transfer等公司也在研发STT-MRAM,但尚未投入生产。与此同时电阻式RAM(ReRAM)也在不断发展,但尚未达到3D XPoint和MRAM的水平。通常,ReRAM有两种类型——氧空缺ReRAM和CBRAM。

      MRAM和ReRAM都具有类似的读取和数据保持规格。但与ReRAM相比,MRAM具有更高的温度规格,这使MRAM在汽车等应用领域具有优势。



      而对于嵌入式ReRAM,主要应用程序包括AI/机器学习、计算、家庭自动化、工业和安全。


其他RAM

各种技术正在出现


      除了以上的RAM,铁电RAM是另一种值得关注的技术。它使用铁电电容存储数据,FRAM是非易失性存储器,具有无限的耐久性。由于传统的FRAM在微缩方面受到限制。为了解决这些问题,初创公司FMC正在开发下一代FRAM,称为铁电FET。

     另一家公司Nantero公司也正在研发碳纳米管RAM。对于嵌入式应用,富士通有望提供基于Nantero技术的首批碳纳米管RAM:“我们的策略是为逻辑器件做嵌入式内存。与此同时,我们正在研发的是一款与DRAM兼容的高容量器件。它将与DRAM竞争。”



      因此,下一代存储器正在取得进展,它们为OEM厂商提供了充足的选择。但它们要成为主流器件,则还有很长的路要走。由于DRAM 和flash的发展,它们也可能永远不会成为主流。但并不能阻止新技术的不断产生。


(文章内容来源于半导体行业观察)


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