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下一代內(nèi)存是什么？
來源： 日期：2018-01-15 16:06:25
從上世紀(jì)90年代開始，MRAM 就是研發(fā)人員一直致力研發(fā)的幾種下一代內(nèi)存技術(shù)類型之一，這些都是能提供無線耐久性的非易失性技術(shù)。和閃存一樣，它們可以在系統(tǒng)電源關(guān)閉之后保留數(shù)據(jù)。反之，DRAM 是易失性的，在斷電后會(huì)丟失數(shù)據(jù)，雖然里面的信息會(huì)在斷電之前遷移到存儲(chǔ)設(shè)備中。
除了 MRAM 之外，其它下一代內(nèi)存技術(shù)包括碳納米管 RAM、鐵電 RAM（FRAM）、相變 RAM、和電阻 RAM（ReRAM）。
碳納米管 RAM 使用納米管在器件中形成電阻狀態(tài)。而 FRAM 使用鐵電電容器（ferroelectric capacitor）來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。來自英特爾和美光的 3D XPoint 技術(shù)就是下一代相變內(nèi)存的一種。另一種技術(shù) ReRAM 則基于電阻元件構(gòu)成的電子開關(guān)。
盡管這些技術(shù)很有希望能在市場上流通，但其中很多技術(shù)所需的開發(fā)時(shí)間超過了預(yù)期所想。聯(lián)電（UMC）嵌入式非易失性內(nèi)存助理副總裁 Yau Kae Sheu 說：“這些全新的內(nèi)存技術(shù)大部分都已經(jīng)研發(fā)了非常長的一段時(shí)間了，但和傳統(tǒng)內(nèi)存技術(shù)競爭時(shí)，它們還是在成本和可擴(kuò)展性上明顯不足。”
顯而易見的是，DRAM、閃存和 SRAM 等傳統(tǒng)內(nèi)存還是市場上的主力技術(shù)。在當(dāng)今系統(tǒng)中的內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)中，SRAM 在處理器中被用作實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)存取的緩存。DRAM 是下一層，用作主內(nèi)存。而磁盤驅(qū)動(dòng)器和基于 NAND 的固態(tài)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器（SSD）則用在存儲(chǔ)上。
現(xiàn)在的內(nèi)存市場發(fā)展得如火如荼，尤其是3D NAND。Tokyo Electron Ltd.（TEL）總裁兼首席執(zhí)行官 Toshiki Kawai 在最近一場演講中說：“推動(dòng)力來自數(shù)據(jù)中心對(duì) SSD 的需求。”
這也增長了對(duì)晶圓廠設(shè)備（WFE）的需求。Kawai 說：“受對(duì)下一代 3D NAND 和先進(jìn)邏輯的投資推動(dòng)，2017 年 WFE 資本性支出同比增長 10% 以上。”
與此同時(shí)，幾種下一代內(nèi)存類型也開始迎來發(fā)展勢頭。目前，3D XPoint 和 STT-MRAM 可能發(fā)展勢頭最好，而碳納米管 RAM、FRAM 和 ReRAM 尚待羽翼豐滿。
這些技術(shù)中大部分甚至全部都很可能找到某種程度的應(yīng)用空間。但是沒有任何一種單一的技術(shù)能夠滿足所有需求。Coventor 首席技術(shù)官 David Fried 說：“現(xiàn)在有ReRAM、PCM、3D XPoint 和 STT-MRAM，哪種技術(shù)會(huì)是脫穎而呢？它們都可能在特定的應(yīng)用中找到自己發(fā)光發(fā)熱的位置。”
比如說 MRAM 就已經(jīng)找到了自己的市場位置。在傳統(tǒng)內(nèi)存中，數(shù)據(jù)以電荷的形式存儲(chǔ)。而 MRAM 則使用磁隧道結(jié)（MTJ）內(nèi)存單元作為存儲(chǔ)元件。Everspin 總裁兼首席執(zhí)行官 Phillip LoPresti 說：“我們使用磁性或操控電子自旋來控制位（bit）的電阻，這讓我們可以編程 1 和 0。”
Everspin 的第一款 MRAM 器件稱為 toggle MRAM，面向基于 SRAM的電池備份市場。然而今天內(nèi)存行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的下一代技術(shù)名叫 perpendicular STT-MRAM 或 ST-MRAM。
Applied Materials 的 Silicon Systems Group 內(nèi)存和材料總經(jīng)理 Er-Xuan Ping 說：“STT-MRAM 使用直接穿過該單元的電流。它使用自旋極化的電流，從而可以基本上迫使該薄膜中的磁化強(qiáng)度發(fā)生改變。”
toggle MRAM 在這一領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但它們也有一些擴(kuò)展方面的局限性。“STT-MRAM 有一些優(yōu)勢。其中之一是擴(kuò)展性。”Ping 說，“相對(duì)于傳統(tǒng) MRAM，STT-MRAM 也有其它優(yōu)勢，因?yàn)槟阕岆娏髦苯哟┻^了單元。使用這種能量來開關(guān)磁化要更加高效。比磁場驅(qū)動(dòng)的 MRAM 要更加高效很多。”
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