臺(tái)積電英飛凌強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，新型存儲(chǔ)RRAM發(fā)展如何？

存儲(chǔ)器的發(fā)展取決于應(yīng)用場(chǎng)景的變化，當(dāng)下智能化時(shí)代的迅速發(fā)展對(duì)存儲(chǔ)器提出了更高的要求，新型存儲(chǔ)器迅速成長(zhǎng)。目前新型存儲(chǔ)器阻變存儲(chǔ)器（Resistive Random Access Memory，ReRAM或RRAM）逐漸受到市場(chǎng)重視。

近日，英飛凌官方消息稱，其下一代Aurix微控制器將使用嵌入式非易失性存儲(chǔ)器，特別是電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM），而不是嵌入式閃存（eFlash），并將在臺(tái)積電的28納米節(jié)點(diǎn)上制造。

當(dāng)前，英飛凌基于臺(tái)積電28納米eFlash技術(shù)的Autrix TC4x系列微控制器樣品已經(jīng)交付給主要客戶，其基于臺(tái)積電28納米RRAM技術(shù)的第一批樣品將于2023年底提供給客戶。英飛凌表示，Autrix TC4x系列微控制器專為ADAS而設(shè)計(jì)，可提供新的E/E架構(gòu)和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的AI應(yīng)用。

公開(kāi)資料顯示，嵌入式閃存微控制器自推出第一批發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)以來(lái)，就被用作汽車中的ECU，市場(chǎng)上大多數(shù)MCU系列都基于eFlash技術(shù)，但該技術(shù)一直在努力遷移到28納米以下，并且業(yè)界認(rèn)為其效率低于RRAM。英飛凌認(rèn)為，與臺(tái)積電的合作成功奠定了RRAM在汽車領(lǐng)域的基礎(chǔ)，并使其Autrix系列微控制器具有更廣泛的供應(yīng)基礎(chǔ)。

在新型存儲(chǔ)器中，RRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲(chǔ)密度的要求，同時(shí)延遲可降低1000倍，可滿足未來(lái)智能駕駛高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量。安全性方面，RRAM具備可靠性，未來(lái)有望出現(xiàn)高性能、高集成度、高穩(wěn)定性和低功耗的車規(guī)RRAM存儲(chǔ)器。

英飛凌聲稱，臺(tái)積電提供的帶有RRAM的Aurix微控制器將提供更高的抗擾度，并允許按位寫入而無(wú)需擦除，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)于嵌入式閃存的性能。英飛凌表示，循環(huán)耐力和數(shù)據(jù)保留與閃存相當(dāng)。

臺(tái)積電業(yè)務(wù)發(fā)展高級(jí)副總裁Kevin Zhang表示，臺(tái)積電和英飛凌已經(jīng)在一系列不同應(yīng)用中就RRAM技術(shù)進(jìn)行了近十年的合作，將TC4x遷移到RRAM將為在微控制器縮小到更小的節(jié)點(diǎn)方面開(kāi)辟新的機(jī)遇。

目前，臺(tái)積電的非易失性存儲(chǔ)器解決方案包括閃存、自旋傳遞扭矩MRAM（STT-MRAM）和RRAM。該代工廠還在探索相變RAM（PCRAM）和自旋軌道扭矩MRAM（SOT-MRAM）技術(shù)。據(jù)悉，臺(tái)積電2018年開(kāi)始量產(chǎn)汽車用40納米eFlash技術(shù)，但其40納米超低功耗嵌入式RRAM技術(shù)，完全兼容CMOS工藝，已于2017年底進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)。2021年，臺(tái)積電代工廠的40納米R(shí)RAM技術(shù)成功進(jìn)入量產(chǎn)，28納米和22納米節(jié)點(diǎn)也可作為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的低成本解決方案。

RRAM的最新研究

目前，業(yè)界新型存儲(chǔ)器主要有4種，相變存儲(chǔ)器（PCM）、阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）、鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）、磁性存儲(chǔ)器（MRAM）。從當(dāng)前各類存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展水平和特點(diǎn)，RRAM有望成為閃存的替代品。

談及RRAM的優(yōu)勢(shì)，有業(yè)界人士認(rèn)為，RRAM可以將DRAM的讀寫速度與SSD的非易失性結(jié)合于一身，因此其擁有了擦寫速度高、耐久性強(qiáng)、單個(gè)存儲(chǔ)單元能存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，并且它的功耗極低。

Rambus Labs高級(jí)副總裁Gary Bronner就曾強(qiáng)調(diào)，RRAM的功耗比閃存低得多，可能是下一代MCU的一個(gè)關(guān)鍵差異化因素。此外，在2016年《Application study: RRAM for Low-Power Microcontrollers》論文曾指出，RRAM的一個(gè)可能應(yīng)用領(lǐng)域就是MCU中所有易失性存儲(chǔ)器的備份存儲(chǔ)器。

從RRAM具體動(dòng)態(tài)看，RRAM代工工藝由臺(tái)積電、華邦和格芯（Globalfoundries）提供支持，RRAM由瑞薩（通過(guò)收購(gòu)Adesto）、富士通、Microchip（美國(guó)微芯科技公司）和索尼作為獨(dú)立產(chǎn)品生產(chǎn)，而新唐則在微控制器中生產(chǎn)，另外還有許多公司正在開(kāi)發(fā)ReRAM工藝。

在商業(yè)化上，Crossbar、昕原半導(dǎo)體、松下、Adesto、Elpida、東芝、索尼、美光、海力士、富士通等廠商都在開(kāi)展RRAM的研究和生產(chǎn)。

在代工廠方面，中芯國(guó)際、臺(tái)積電和聯(lián)電都已經(jīng)將RRAM納入自己未來(lái)的發(fā)展版圖中，目前已量產(chǎn)的海外RRAM存儲(chǔ)器主要有Adesto的130納米CBRAM和松下的180納米R(shí)RAM。

據(jù)悉，松下在2013年開(kāi)始出貨RRAM，成為世界第一家出貨RRAM的公司。接著，松下與富士通聯(lián)合推出了第二代RRAM技術(shù)，基于180納米工藝。而Adesto則一直在緩慢地出貨低密度CBRAM。

此外，昕原半導(dǎo)體在Crossbar的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)核心升級(jí)和工藝制程的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)28納米量產(chǎn)，并且已建成自己的首條量產(chǎn)線，擁有了垂直一體化存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)加制造的能力；兆易創(chuàng)新和Rambus則宣布合作建立合資企業(yè)合肥?？莆?，進(jìn)行RRAM技術(shù)的商業(yè)化，但目前還無(wú)量產(chǎn)消息。