存储界的后起之秀:RRAM

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什么是RRAM?

百度百科给出的解释是:RRAM是一种“根据施加在金属氧化物(Metal Oxide)上的电压的不同,使材料的电阻在高阻态和低阻态间发生相应变化,从而开启或阻断电流流动通道,并利用这种性质储存各种信息的内存”。简单来说RRAM是一种新型电脑存储器,它基于一种新的半导体材料,依赖于温度和电压来存储数据。

RRAM通过允许或者拒绝电子流过,相应地代表数字“0”或者“1”。RRAM可以完成传统的硅材料无法完成的工作,例如:分层时位于新型三维(high-rise)芯片的晶体管的顶部。它是智能手机和其他移动电子设备的理想材料,因为节能对于这些产品来说很重要。

RRAM及其制造的半导体允许芯片堆叠在彼此之上,使得存储器和逻辑组件以不能复制的方式靠近在一起。这些3D“高层”芯片可以解决大数据处理延迟,同时延长未来移动设备的电池寿命,提供更快,更高能效的解决方案。但是RRAM材料需要多少温度才会导致开关目前还是未知因素。由于没有办法测量由电力产生的热量,研究人员使用微热级的热板状装置加热RRAM芯片。通过监测电子何时开始流过RRAM材料,团队能够测量材料形成导电通路所需的温度,并惊喜地发现其最佳工作温度范围在80°F和260°F(26.7和126.7℃)之间,远低于此前估计的1160°F(626.7℃)。因此,未来的RRAM器件将需要更少的电力来产生这些温度,使得它们更节能。

光明的未来

存储器在我国有巨大的市场需求,在我国集成电路市场产品中,存储器占近1/4的份额,而且近几年我国半导体产业近几年保持良好发展态势,已占据全球市场的1/3。过去一年RRAM价格飞涨,并且市场对未来几年销售预期十分乐观,吸引了各大厂商的眼球。

RRAM之所以能获得市场的青睐,很大一部分原因在于它具有速度快、可靠性高、非挥发、多值存储和高密度的特性,这种存储能给满足现在新兴应用领域的需求。在Flash和DRAM速度差距大,导致“存储墙”和“功耗墙”等问题产生,而且信息存储于计算分离,成为大数据处理实时性瓶颈的情况下,RRAM无疑是厂商们的最好选择。

不能忽略的缺陷

我们在看到RRAM巨大优势的同时,也不能忽略RRAM存在的一些问题,它面临着机理不清、涨落大、可靠性不足、工艺集成问题和模拟阻变特性优化等问题。在RRAM可靠性与表征的研究中同样存在着挑战:如在RRAM器件中,需要考虑瞬态车辆、循环次数测试、微观原位表征;另外在RRAM阵列中存在着自动测试方法和读取速度的困扰。

RRAM技术商业化

近日,美国芯片设计商Rambus宣布与中国存储器解决方案供应商兆易创新(GigaDevice)合作建立一个在中国的合资企业Reliance Memory,以实现电阻式随机存取存储器(RRAM)技术的商业化。

作为国内Nor Flash的领头羊,兆易创新这两年在存储方面的投入巨大,他们一直在推进和合肥的项目合作,这次和Rambus的合作,或许是可以看成其布局未来的一个筹码。

Rambus公司创建于1990年三月,创始人是毕业于伊利诺斯大学的Mike Farmwald博士和毕业于斯坦福大学的Mark Horowitz博士。公司也是起步于一家不起眼的微电子公司,和业界的无数普通小公司一样,经历了一路艰辛,99%的这种小公司不是濒临倒闭就是被大公司兼并,Rambus公司也不例外,没有人会想到它能掀起惊涛骇浪。

但接下来的几十年中,他们通过大力投入研发,积累了2500项专利。该公司在2015年开始重组,自那之后该公司将业务扩展至晶片设计以外领域,授权公司出售自己的品牌及由供应商生产的授权晶片。

在过去二十年, Rambus凭借其DDR、SDRAM技术在晶片行业占据垄断地位,但之后,这些技术都陆续与其它公司达成授权,且这些技术也随科技进步而被遗忘。10年前由于英特尔(Intel)错失行动通讯的时机,Rambus的技术也随之被边缘化。

近期,Rambus将技术拓展至数据中心(data center)和移动设备(mobile)所使用晶片,更贴近利基市场。同时,也强化电子安全(cyber security)部门。Rambus企图在data center研究领域占有一席之地。兆易创新这次和他的合作,或许能为他们的未来带来无限可能。

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