在內存市場,業界普遍認為,在前沿SoC(片上系統)和大規模微控制器(MCU)中的邏輯嵌入式非易失性存儲器的開發可謂非常活躍。到目前為止,處理器內核的程序代碼主要存儲在SoC和微型計算機內置的邏輯嵌入式閃存中,然而,嵌入式閃存的小型化已近乎突破極限,無法跟上CMOS邏輯的小型化。
據稱嵌入式閃存的小型化極限是在CMOS邏輯技術節點40nm至28nm上產生。“嵌入式非易失性存儲器”有望在28nm及更高版本的CMOS邏輯上扮演“嵌入式閃存”的角色。
嵌入式閃存達到更小型化的技術極限的主要原因是嵌入式閃存的存儲器單元是晶體管。由于它是晶體管技術,它必須與CMOS邏輯晶體管技術兼容。然而,CMOS邏輯晶體管已經代代相傳。這些包括應變硅技術,HKMG技術和FinFET技術。嵌入式閃存很難跟隨這些連續變化。
另一方面,在嵌入式非易失性存儲器中,不是晶體管而是雙端可變電阻元件負責數據存儲。根據可變電阻元件的存儲原理的不同,有三種主要技術。電阻變化存儲器(ReRAM),磁阻存儲器(MRAM),相變存儲器(PCM)。
這些技術的共同之處在于它們可以形成可變電阻元件,用于半獨立地或完全獨立于邏輯中的晶體管技術進行存儲。隨著小型化,邏輯中的晶體管技術有望在未來發生重大變化。嵌入式閃存是一種晶體管技術,幾乎不可能創建與邏輯匹配的開發路線圖。另一方面,即使邏輯的小型化提前到例如5nm或更小,嵌入式非易失性存儲器也可以毫無問題地遵循小型化。它應是未來閃存市場的技術趨勢。
此外,與嵌入式非易失性存儲器中的嵌入式閃存相比,寫入相對較快,電源電壓相對較低,并且添加到CMOS邏輯制造的掩模數量小至約3(大約10個嵌入式閃存)。有諸如此類的優點出于這個原因,主要的閃存廠商和微型計算機供應商正在積極致力于嵌入式非易失性存儲器的開發。
韓國三星電子3月6日宣布在韓國器興廠開始大規模生產嵌入式磁阻存儲器(eMRAM),以取代嵌入式閃存(eFlash)。據其介紹,eMRAM采用28nm制程工藝,并基于FD-SOI的技術集成沖壓處理,目前已經開始批量生產。該公司計劃年內開始生產1千兆位(Gb)eMRAM測試芯片,繼續擴展其嵌入式存儲器解決方案。
美國英特爾(Intel)公司也已經透露,它正在開發一種用于邏輯的“嵌入式非易失性存儲器”——嵌入式磁阻存儲器(eMRAM)和嵌入式電阻變化存儲器(ReRAM)。英特爾稱,其開發的eMRAM也已處于量產階段,ReRAM目前還處于開發階段,二者都是基于FinFET技術的22nm制程工藝制造。
圖1:英特爾已量產的嵌入式非易失性存儲器MRAM產品規格參數
圖2:英特爾正在研發的嵌入式非易失性存儲器ReRAM產品相關參數
英特爾表示,嵌入式ReRAM技術和嵌入式MRAM技術采用了通用元件來提高制造良率,并且嵌入式MRAM技術已經發展到可以大規模生產的水平,可以通過將其集成到產品中。
結論:“次世代記憶體”的問世,不論是率先推出的三星、英特爾,還是后續的半導體廠商臺積電、聯電等,非易失性存儲器如MRAM,ReRAM和PCM即將作為前沿邏輯中的嵌入式存儲器而普及。
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