應(yīng)用材料公司助力面向物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的新型存儲器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

2019 年 7 月 9 日，加利福尼亞州圣克拉拉 - 應(yīng)用材料公司今日宣布推出可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的創(chuàng)新型解決方案，旨在加速面向物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和云計(jì)算的新型存儲器的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。

幾十年前所研制出且已大規(guī)模量產(chǎn)的存儲器技術(shù)，包括 DRAM、SRAM 和閃存等，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備和系統(tǒng)中。而以 MRAM、ReRAM 和 PCRAM 為代表的新型存儲器雖然能夠帶來獨(dú)特的優(yōu)勢，但由于這些存儲器均采用新型材料，至今很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。應(yīng)用材料公司今日推出的全新制造系統(tǒng)能夠以原子級的精度沉積新型材料，從而解決生產(chǎn)這些新型存儲器的核心難題。這些系統(tǒng)是應(yīng)用材料公司迄今為止開發(fā)的最先進(jìn)的系統(tǒng)，能夠助力這些前景廣闊的新型存儲器實(shí)現(xiàn)可靠的工業(yè)規(guī)模量產(chǎn)。

 “我們今天推出的新型 Endura? 平臺是公司有史以來最精密的芯片制造系統(tǒng)?！睉?yīng)用材料公司半導(dǎo)體產(chǎn)品事業(yè)部高級副總裁兼總經(jīng)理 Prabu Raja 博士表示，“廣泛的產(chǎn)品組合為我們帶來得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，使我們能成功地將多種材料工程技術(shù)與機(jī)載計(jì)量技術(shù)相集成，打造出前所未有的新型薄膜和結(jié)構(gòu)。這些集成化平臺充分展示了新材料和 3D 架構(gòu)能夠發(fā)揮關(guān)鍵的作用，并以全新的方式幫助計(jì)算行業(yè)優(yōu)化性能、提升功率并降低成本?！?/p>

“IBM 多年以來一直引領(lǐng)著新型存儲器的研發(fā)，我們可以看到，隨著人工智能時(shí)代對芯片性能和效率的要求越來越高，行業(yè)對新型存儲器技術(shù)的需求也在不斷增加?！盜BM 研究院半導(dǎo)體、人工智能硬件與系統(tǒng)部副總裁 Mukesh Khare 表示，“新材料和設(shè)備在這一過程中能夠發(fā)揮重要作用，使這些面向物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、云計(jì)算和人工智能產(chǎn)品的高性能、低功耗嵌入式存儲器成功投入生產(chǎn)。應(yīng)用材料公司的大規(guī)模量產(chǎn)解決方案有助于加快整個(gè)行業(yè)獲得這些新型存儲器?！?/p>

“提高數(shù)據(jù)中心的效率是云服務(wù)提供商和企業(yè)客戶的當(dāng)務(wù)之急?！盨K海力士先進(jìn)薄膜技術(shù)部負(fù)責(zé)人 Sung Gon Jin 表示，“除了在 DRAM 和 NAND 方面持續(xù)推動創(chuàng)新，SK海力士還率先開發(fā)了有助于提高性能和降低功耗的新一代存儲器。我們十分重視與應(yīng)用材料公司的合作，雙方將專注于前景廣闊的新型存儲器，共同加速新材料和大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)?！?/p>

“隨著人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步，使得計(jì)算負(fù)載變得日益數(shù)據(jù)密集且復(fù)雜，這需要更為創(chuàng)新的存儲技術(shù)對其進(jìn)行有效的處理。”西部數(shù)據(jù)（Western Digital）研究副總裁Richard New表示 ，“應(yīng)用材料公司正在提供重要技術(shù)，助力加速業(yè)界獲得MRAM、ReRAM和PCRAM這些前景廣闊的新型存儲器?！?/p>

面向物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的 MRAM                                                                   

計(jì)算機(jī)行業(yè)正在積極構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，將傳感器、計(jì)算和通信技術(shù)整合到數(shù)百億的設(shè)備中，以便監(jiān)控設(shè)備環(huán)境、制定決策并向云數(shù)據(jù)中心發(fā)送關(guān)鍵信息。MRAM（磁性隨機(jī)存取存儲器）是存儲物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備軟件和 AI 算法的首選。

MRAM 采用硬盤驅(qū)動器中常見的精密磁性材料，其固有的快速存取性能和非易失性能夠確保軟件和數(shù)據(jù)在斷電情況下得以保留。得益于快速的存取性能和高度耐用性，MRAM 可能最終會替代 SRAM，成為 3 級高速緩沖存儲器。MRAM 可以集成到物聯(lián)網(wǎng)(IoT)芯片的后端互連層中，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更小的裸片尺寸和更低的成本。

應(yīng)用材料公司的新型 Endura? Clover? MRAM PVD 平臺由 9 個(gè)特制的工藝反應(yīng)腔組成，這些反應(yīng)腔全部集成在高度真空的無塵環(huán)境下。這是業(yè)內(nèi)首個(gè)用于大規(guī)模量產(chǎn)的 300 毫米 MRAM 系統(tǒng)，其中每個(gè)反應(yīng)腔最多能夠沉積五種不同材料。MRAM 存儲器需要對至少 30 層的材料進(jìn)行精確沉積，其中有些層的厚度比人類的發(fā)絲還要薄 500,000 倍。即使僅有原子直徑幾分之一的工藝變化，也會極大地影響器件的性能和可靠性。Clover MRAM PVD 平臺引入了機(jī)載計(jì)量技術(shù)，能夠以亞埃級靈敏度對所產(chǎn)生的 MRAM 層的厚度進(jìn)行測量與監(jiān)控，從而確保實(shí)現(xiàn)原子級的均勻度并規(guī)避接觸外界環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

“作為一種速度極快、耐用性很高的非易失性存儲器，MRAM 有望取代嵌入式閃存和 3 級高速緩存 SRAM，成為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和人工智能應(yīng)用的新寵。”Spin Memory 首席執(zhí)行官 Tom Sparkman 表示，“應(yīng)用材料公司推出的量產(chǎn)制造系統(tǒng)對行業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)起到了巨大的推動作用，我們很高興能與應(yīng)用材料公司合作打造 MRAM 解決方案并加速其工業(yè)應(yīng)用?！?/p>

面向云計(jì)算的 ReRAM 和 PCRAM

隨著當(dāng)今的數(shù)據(jù)產(chǎn)生呈指數(shù)級增長，對于云數(shù)據(jù)中心中連接服務(wù)器和存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)路徑，其速度和功耗也需要實(shí)現(xiàn)跨數(shù)量級的改進(jìn)。ReRAM（阻性 RAM）和 PCRAM（相變 RAM）是低功耗、高密度的高速非易失性存儲器，可作為“存儲級存儲器”來填補(bǔ)服務(wù)器 DRAM 和存儲器之間不斷擴(kuò)大的性價(jià)比差距。

ReRAM 采用工作原理類似保險(xiǎn)絲的新材料制成，能夠在數(shù)十億個(gè)存儲單元中選擇性地形成細(xì)絲來表示數(shù)據(jù)。與之不相同，PCRAM 采用的是 DVD 光盤中常見的相變材料，通過將材料狀態(tài)從非晶態(tài)更改為晶態(tài)對數(shù)據(jù)位進(jìn)行編程。ReRAM 和 PCRAM 與 3D NAND 存儲器類似，同樣呈 3D 結(jié)構(gòu)排列，存儲器制造商可以在更新?lián)Q代過程中逐步增加層數(shù)，從而穩(wěn)定地降低存儲成本。ReRAM 和 PCRAM 還有望實(shí)現(xiàn)和編輯多個(gè)電阻率中間形態(tài)，以便在每單個(gè)存儲器單元中存儲多位數(shù)據(jù)。

ReRAM 和 PCRAM 的成本可以明顯低于 DRAM，并能夠提供比 NAND 和硬盤驅(qū)動器更快的讀取性能。ReRAM 還是未來內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)的首選產(chǎn)品，在這一架構(gòu)中，計(jì)算元件將集成到存儲器陣列中，協(xié)助克服與 AI 計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。

應(yīng)用材料公司專為 PCRAM 和 ReRAM 打造的 Endura? Impulse? PVD 平臺包含多達(dá)九個(gè)真空工藝反應(yīng)腔，并集成了機(jī)載計(jì)量技術(shù)，能夠?qū)@些新型存儲器中使用的多組分材料進(jìn)行精確沉積和控制。

“能夠?qū)?ReRAM 存儲器中使用的新材料進(jìn)行非常均勻的沉積，是最大程度提升器件性能、可靠性和耐用性的關(guān)鍵所在。”Crossbar 公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 George Minassian 表示，“與存儲器和邏輯領(lǐng)域的客戶開展 ReRAM 技術(shù)合作時(shí)，我們會指定使用應(yīng)用材料公司搭載機(jī)載計(jì)量技術(shù)的 Endura Impulse PVD 平臺，因?yàn)檫@款平臺在上述重要指標(biāo)上都實(shí)現(xiàn)了巨大突破?！?/p>