新興存儲技術逐漸成為市場熱點

2020-08-13

    

近年來,在人工智慧(AI)、5G 等推動下,以 MRAM (磁阻式隨機存取記憶體)、鐵電隨機存取記憶體 (FRAM)、相變隨機存取記憶體(PRAM),以及可變電阻式隨機存取記憶體(RRAM)為代表的新興存儲技術逐漸成為市場熱點。這些新技術吸引各大晶圓廠不斷投入,最具代表性的廠商包括台積電、英特爾、三星和格芯(Globalfoundries)。

   

那麼,這些新興存儲技術為什麼會如此受期待呢?主要原因在於:隨著半導體製造技術持續朝更小的技術節點邁進,傳統的 DRAM 和 NAND Flash 面臨越來越嚴峻的微縮挑戰,DRAM 已接近微縮極限,而 NAND Flash 則朝 3D 方向轉型。

   

此外,傳統存儲技術在高速運算上也遭遇阻礙,處理器與記憶體之間的“牆”成為了提升運算速度和效率的最大障礙。特別是 AI 的發展,資料需求量暴增,“牆”的負面效應愈加突出,越來越多的半導體廠商正在加大對新興存儲技術的研發和投資力度,尋求成本更佳、速度更快、效能更好的存儲方案。

   

從目前來看,最受期待的就是 MRAM,各大廠商在它上面投入的力度也最大。MRAM 屬於非易失性存儲技術,是利用具有高敏感度的磁電阻材料製造的記憶體,斷電時,MRAM 儲存的資料不會丟失,且耗能較低,讀寫速度快,可媲美 SRAM,比 Flash 速度快百倍,在存儲容量方面能替代 DRAM,且資料保存時間長,適合高性能應用。

   

MRAM 的基本結構是磁性隧道結,研發難度高,目前主要分為兩大類:傳統 MRAM 和 STT-MRAM,前者以磁場驅動,後者則採用自旋極化電流驅動。

   

另外,相較於 DRAM、SRAM 和 NAND Flash 等技術面臨的微縮困境,MRAM 可滿足制程進一步微縮需求。目前,DRAM 制程工藝節點為 1X nm,已接近極限,而 Flash 走到 20 nm 以下後,就朝 3D 制程轉型了。MRAM 制程則可推進至 10nm 以下。