引臺積電/三星/英特爾/GF競逐 新世代存儲器是什么鬼?
這個(gè)讓半導(dǎo)體巨頭紛紛投入的技術(shù)就是被稱為新世代存儲器的MRAM和RRAM。
MRAM和RRAM的特性為何,與DRAM、NAND(快閃存儲器)相比,又有什么樣的效能與成本優(yōu)勢?讓我們從MRAM和RRAM兩項(xiàng)技術(shù)看起。
什么是新世代存儲器?
MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory,磁阻式隨機(jī)存取存儲器)是一種非揮發(fā)性存儲器技術(shù),也就是當(dāng)電流關(guān)掉,所儲存的資料并不會(huì)消失的存儲器。
它自1990年代開始發(fā)展,這項(xiàng)技術(shù)在學(xué)理上的存取速度接近SRAM,具快閃存儲器的非揮發(fā)性特性,在容量密度及使用壽命上也不輸給DRAM,平均能耗遠(yuǎn)低于DRAM,未來極具成為真正通用型存儲器潛力。
而RRAM(Resistive random-access memory,可變電阻式存儲器)同樣是一種新型的非揮發(fā)性存儲器,其優(yōu)點(diǎn)在于消耗電力較NAND低,且寫入資訊速度比NAND快閃存儲器快了1萬倍。
從階層式存儲器的金字塔圖來看,SRAM位于金字塔尖端,為最高端、速度最快,成本也最高的產(chǎn)品。
其次為主存儲器的DRAM,MRAM僅次于DRAM,而RRAM則緊接其后,在RRAM之下的是NAND,從此圖可以看出MRAM與RRAM的市場定位也正是介于DRAM與NAND之間?!?/p>
高速運(yùn)算、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)激發(fā)新世代存儲器高度需求
事實(shí)上,MRAM與RRAM技術(shù)并非近年來的產(chǎn)物,早在1990年代,就有廠商開始投入研發(fā),而促使新世代存儲器發(fā)展在近年來露出曙光的原因,正是進(jìn)入高速運(yùn)算時(shí)代,存儲器技術(shù)演進(jìn)速度出現(xiàn)跟不上系統(tǒng)效能演進(jìn)速度所導(dǎo)致。
隨著數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度不斷加快,對存儲器的需求也飛速成長。從對DRAM的高速運(yùn)算需求來看,在高速運(yùn)算下,存儲器(DRAM)與CPU間的頻寬,漸成為運(yùn)算瓶頸,為解決上述瓶頸,HBM、TSV、offload運(yùn)算加速器成為產(chǎn)業(yè)研發(fā)的重心。
此外,DRAM也面臨了摩爾定律發(fā)展下去的限制,說明了半導(dǎo)體巨擘們要積極投入新世代存儲器研發(fā)生產(chǎn)的原因。
另一方面,SSD數(shù)據(jù)中心存儲的高速IOPS需求也是業(yè)界的一大焦點(diǎn),除了資料中心的高速IOPS需求外,信賴度、能耗也是重要的指標(biāo),NAND本身走到TLC雖然在價(jià)格上有優(yōu)勢,但卻面臨產(chǎn)品信賴度惡化的狀況,目前以Page式的寫入方式,讓寫入成為IOPS的主要瓶頸。
此外,在數(shù)據(jù)傳輸速度要求越來越高下,為了保證數(shù)據(jù)的正確性,SSD Controller須內(nèi)建高速的Buffer,然而不論是用DRAM或是SRAM均需要額外提供電源以保障供電異常下的正常發(fā)展。
在這個(gè)前提下,新世代存儲器也成為產(chǎn)業(yè)寄望能改善NAND問題的關(guān)鍵技術(shù)。
除了高速運(yùn)算與數(shù)據(jù)中心的儲存需求以外,物聯(lián)網(wǎng)物端需要的非揮發(fā)性存儲器,也就是即時(shí)資料儲存需求,牽涉到物聯(lián)網(wǎng)需要低能耗、數(shù)據(jù)耐久度高、每次寫入或存儲的資料單位小等層面。
而這三項(xiàng)特色導(dǎo)致NAND的不合適,目前更多的解決方案是采用嵌入式存儲器(Embedded Memory)。
不過,就目前嵌入式存儲器的發(fā)展來看,其制作流程、占用面積均仍有持續(xù)進(jìn)步的空間,因此也成為新世代存儲器技術(shù)的另一個(gè)切入的面向。
嵌入式產(chǎn)品效能更勝一籌,臺積電也沒缺席
盡管新世代存儲器未來有望取代部分DRAM與NAND的市場,而成為業(yè)界關(guān)注的明日之星,然而,臺積電重新跨進(jìn)存儲器產(chǎn)業(yè),他著眼的并非將存儲器做為單獨(dú)的產(chǎn)品販?zhǔn)郏擎i定嵌入式存儲器市場。
臺積電鎖定的嵌入式存儲器產(chǎn)品,可以說是新世代存儲器另一個(gè)改變產(chǎn)業(yè)形貌的重要路線。
從目前的應(yīng)用上來看,在工業(yè)、車用MCU或是物聯(lián)網(wǎng)IC的應(yīng)用中,新世代存儲器有機(jī)會(huì)透過其能耗表現(xiàn)佳、占用面積小、發(fā)揮發(fā)性、讀寫速度快、操作電壓低、增加的制程復(fù)雜度低等優(yōu)勢,進(jìn)一步增加其在嵌入式市場的滲透率。
此外,嵌入式產(chǎn)品在效能表現(xiàn)上,也可望高于過去的off-chip產(chǎn)品,對于像是臺積電、聯(lián)電、格羅方德等晶圓代工廠來說,提供嵌入式存儲器產(chǎn)品,除能擴(kuò)張產(chǎn)品線與提供客戶更多的支持外,并能做為未來邏輯IC與存儲器在系統(tǒng)架構(gòu)上進(jìn)一步融合的前置布局。
然而,對于三星等既有存儲器廠商而言,新世代存儲器的發(fā)展無疑帶來發(fā)展的契機(jī),但能預(yù)期的是,未來的競爭態(tài)勢也將更為激烈。
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