首页 > 智能网

存储器硝烟弥漫,新式存储器大举杀入

来源:智能网
时间:2020-02-11 12:00:47
热度:86

存储器硝烟弥漫,新式存储器大举杀入业界普遍认为未来从数据中将能挖掘出最大的价值,但要挖掘数据的价值除了需要很强的计算能力之外,数据的存储也非常关键。目前,新型存储器也是领先的企业非

业界普遍认为未来从数据中将能挖掘出最大的价值,但要挖掘数据的价值除了需要很强的计算能力之外,数据的存储也非常关键。目前,新型存储器也是领先的企业非常关注的一个方向。

摩尔定律渐失效,新式存储器接棒上战场

1965年问世的摩尔定律至今已超过50年,为全球电子产业写下无数里程碑历史,但走到今天,依据该定律所设计和生产的芯片在半导体最重视的四大标准 PPAC(功耗 Power、性能 Performance、面积 Area、成本 Cost)都逐渐递减。

存储器硝烟弥漫,新式存储器大举杀入

很多物联网、云计算所需要的芯片,已是摩尔定律所无法提供的,这是为什么?

在“万物互联”和“工业 4.0 ”时代背景下,数据呈现爆炸式的增长。举个例子,我们一个人一天约产生 1GB 数据,但是当你要开一辆无人驾驶汽车,一天产生的数据量可能高达 4000GB ,相当于4千倍。

2019年是很关键的一年,机器产生的数据已经超过了人类所产生的数据,这是人类历史上第一次;预计到 2022 年,机器产生的数据可能会是人类产生数据的9倍之多。

未来世界运算的逻辑是,数据来自机器的搜集,包括车、智慧城市、智能家居等,所有产生的数据都要从终端、从边缘,通过各层传输、计算,然后再到云端、到大数据中心,再计算、再返回到终端。

在这短短的时间内,排山倒海的数据量涌入后,又要源源不绝地被计算、处理,以及再传输,是非常挑战芯片效能的,且现有的计算架构早已无法满足核心需求。

过去“摩尔定律”的时代,追求把晶体管做得越来越小,目标是每18个月~2年晶体管数增加一倍,但随着该定律的效应递减,从14nm到10 nm,可能要花上4年时间,从10nm 再往下走到7nm 、5nm,则需要更长的时间,试想英特尔10nm一直递延就可窥知一二。

新式存储器如何工作

磁性存储器是一个三层的结构,中间叫“隧道结”,是氧化镁,两边是两个磁性层,磁性层可以理解成两个磁铁,而这两个磁铁有南北极,如果南北极匹配的时候,电子就很容易通过去,电阻就是比较低的一个状态。

再者,上下两边的磁性层可以通过电流把上边变成和下边反平行,就是不匹配。而当不匹配时,电子就很难通过去,那它就是一个高电阻的状态。

所以,通过低电阻和高电阻,实现“0”和“1”的存储,实际上是一个基于电阻变化,通过磁性来实现高电阻、低电阻的原理的存储器技术。

PCRAM、ReRAM 原理类似,是通过电流或电压来控制。PCRAM 是以晶型来控制低电阻、高电阻。当全结晶时,就是一个低电阻的状态,当非晶型时,就是高电阻的状态,以此实现“0”和“1”。

ReRAM也类似,不导通的地方就是一个高电阻的,跟绝缘材料一样,而通电以后就可以实现导电通路,呈现一个低电阻的状态,所以跟MRAM类似,通过电阻高低来实现“0”和“1”。

简而言之,要实现这种新式存储器,就是要通过材料工程来实现这些存储器的基础,仍是有一些挑战要克服。

设备技术突破,规模化时代终于来临

针对大规模生产新式存储器,设备大厂的材料工程突破是关键。应用材料针对 MRAM 设计的 Endura Clover MRAM PVD 系统,可以在真空条件下执行多个工艺步骤,实行整个 MRAM 的 10 种材料,然后 30 多层一层一层地堆积,它的核心就是 Clover PVD,一个腔室最多可实现 5 种材料,然后在原子级别、亚原子级别上去实现一个薄膜的沉积。

之前提到 MRAM 中间有一个氧化镁层,应用材料表示,中间的氧化镁层非常关键,会影响整个 MRAM Device 性能,应用材料采用独特的技术来建立,使整个 MRAM 都实现低功耗、高耐用。

在 MRAM 制造过程中,需要在一个平台上实现超过 10 种材料、超过 30 层薄膜的堆积、沉积是非常复杂的。相较之下, PCRAM 和 ReRAM 没有那么多层,但它还是有很多层的结构,包括电极、选择器、存储器,里面的材料非常独特。

迎接“数据爆炸”时代,芯片急需高计算性能,偏偏遇上摩尔定律放缓的时代,而类脑芯片、量子计算距离实现又太远,新式存储技术在磨刀多年后,遇上设备材料实现突破,正好可以赶上万物互连、海量数据计算的时代,上战场打仗。

新式存储器大规模量产之际,正好遇上国内的 3D NAND 和 DRAM 两种传统存储器要加入国际竞争舞台一搏高下之时。虽然彼此应用领域、层面相异,但凑巧地,新旧技术同样走在历史转折的一页,互相见证全球科技产业铺成的轨迹。

Baidu
map