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ReRAM已准备走出实验室了吗?

2020-03-16 09:27:39 Gary Hilson 阅读:
电阻式RAM (ReRAM)是“新兴”存储器的代表,目前大多还处于研发阶段。许多小公司(如Cross ba r和Weebit Nano)致力于将其商业化,法国CEA Tech公司旗下的LETI技术研究所进行了大量研究工作,DRAM制造商也开始涉足其中。尽管每个能提供MRAM的代工厂都具有一定的ReRAM生产能力,目前却没有人急于拿出产品来。

尽管电阻式RAM(ReRAM)潜力巨大,但至今尚未投入量产。upWednc

ReRAM是“新兴”存储器的代表,目前大多还处于研发阶段。Objective Analysis首席分析师、《新兴存储器加速发展》这份报告的合著者Jim Handy认为,“ReRAM的主要进展还是在研发上。”许多小公司(如Crossbar和Weebit Nano)致力于将其商业化,法国CEA Tech公司旗下的LETI技术研究所进行了大量研究工作,DRAM制造商也开始涉足其中。Handy指出,尽管每个能够提供MRAM的代工厂都具有一定的ReRAM生产能力,目前却没有人急于拿出产品来。upWednc

实际上,一些大存储器制造商都采取了两面下注的策略。Handy认为:“他们要确保一旦DRAM和NAND闪存失去吸引力,必须有一些研究成果可以取而代之。”因此那些小公司投入重金进行研发,看是否可以撑到大规模商业应用来临的一刻。Handy提到,Adesto Technologies推出了作为公司创立之本的CBRAM(已注册商标),除此之外,ReRAM产品目前还很少。upWednc

ReRAM能够仿真大脑为人工智能应用创建神经网络,因此激发了人们对新兴存储器的浓厚兴趣。Handy说:“实际上,人们讨论神经图(neural map)已经很长时间了,但是还没有人真正实现它并将其投入生产。”不过也有人说神经网络可以采用普通闪存。他认为,“如果闪存能够做到这一点,人们可能会放弃ReRAM。”upWednc

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图1:近期成立了一家采用ReRAM创建AI平台的联盟,Crossbar是创始成员之一。(图片来源:Crossbar)upWednc

在2019年IEEE国际电子设备会议(IEDM)上,LETI展示了其研究工作,即如何利用基于ReRAM的突触和模拟尖峰神经元,制造出全集成仿生神经网络——与使用普通编码的等效芯片相比,其能耗降低了5倍。这种神经网络实现使突触靠近神经元放置,从而可以直接进行突触电流整合。upWednc

2020年初,ReRAM制造商Crossbar和其他几家公司共同成立了一个名为SCAiLE(SCalable AI for Learning at the Edge)的AI联盟,致力于提供加速、节能的AI平台。联盟的主要工作是将ReRAM与先进的加速硬件以及优化的神经网络结合起来,以生成具有无监督学习(unsupervised learning)和事件识别能力且低功耗的现成解决方案。upWednc

Handy指出,除了大肆宣扬的神经网络,ReRAM的市场应用还有两种:一种是作为独立的元器件包含在芯片当中,例如EERAM;另一种是作为存储器嵌入SoC或微控制器中。Handy认为,ReRAM作为独立元器件的应用较有吸引力,因为它可以跟备用电池一起来替代SRAM,以避免停电时丢失信息;而嵌入式应用则更有趣,因为NOR闪存工艺难以突破28nm。“一些大的代工厂以及微控制器制造商都在想尽办法使存储器工艺缩至28nm以下,ReRAM和MRAM有希望实现这一目标。”upWednc

Weebit Nano是一家积极将ReRAM应用于神经网络的公司,但其CEO Coby Hanoch也表示,首先进入市场的很可能是一些更常见的应用。不过,他认为ReRAM总体来说在不断发展。“大一些的公司现在越来越重视它,初创公司也开始取得进展。”Weebit对自已的技术充满信心,积极向客户进行推广。Weebit最近宣布芯天下公司(XTX Technology)将采用其硅氧化物ReRAM技术。芯天下是一家为消费电子产品、工业嵌入式系统、电信和网络应用提供存储器解决方案的中国供应商。“我们正进行产品化和商业化,预计到2021年,我们可能会开始卖出产品,将ReRAM继续向前推进。”upWednc

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图2:Weebit的ReRAM单元包含两个金属层,其间有一层硅氧化物(SiOx),所包含的材料可用于现有生产线。(图片来源:Weebit Nano。)upWednc

Hanoch表示,过去一年来,业界对ReRAM生产化的兴趣越来越浓,Weebit则通过实现超过一百万次的耐久性测试来检验其技术。“我们的产品可以在150度下工作10年,”Hanoch提到,“这项技术变得越来越成熟,真的已经可以面世了。”upWednc

尽管大家都知道Weebit在神经网络方面所做的努力,但Hanoch表示,公司第一阶段的目标仍然是嵌入式市场。ReRAM在嵌入式领域具有明显优势,例如,用更快、功耗更低的ReRAM元器件代替闪存技术和外部非易失性存储器,这种方案优于MRAM解决方案,因为Weebit的硅氧化物ReRAM采用的标准材料更适合现有的生产线。“我们知道,只需添加一两个掩模即可进行制造。”upWednc

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图3:美国Applied Materials公司年初发布了其Endura Impulse PVD平台,它可以精确沉积并控制ReRAM中使用的多种成分的材料。(图片来源:Applied Materials。)upWednc

存储器芯片的制造也是其成功的一个关键因素。美国Applied Materials公司先进工艺技术开发部存储器事业群董事总经理Mahendra Pakala认为,对ReRAM来说,均匀性和界面控制在制造过程中至关重要。2020年初,该公司发布的用于ReRAM的Endura Impulse PVD平台,最多包含9个处理室,这些处理室在真空下整合,并具有室内计量,可精确沉积和控制ReRAM中使用的包含多种成分的材料,这对于在批量生产中实现高性能、高可靠性和高耐久性非常重要。“处理室中至少有5到6层不同的材料和外壳,处理条件也不同,因而可以形成合适的界面。”upWednc

Pakala表示,当ReRAM尺寸变大时,就要使用不同的材料系统,这是当前的研发重点。“目前我们处于材料筛选的开发阶段,一切都还早。”与Weebit一样,Applied Materials也看到ReRAM在嵌入式应用中越来越受欢迎,但要慎重地将ReRAM产品投入商用,还有很多工作要做。他提到,为了发展ReRAM和其他新兴存储器,必须建立相应的生态系统,为此Applied Materials创办了材料工程技术推动中心(META中心),促进研究人员、设备供应商和制造商在开发初期互相协作,从而加快从“实验室到晶圆厂”的进程。upWednc

Weebit公司的Hanoch表示,无论是嵌入式还是分离式,ReRAM之所以具有吸引力,主要是因为其具有低功耗(LETI最近的展示就是一个例子),因而非常适合物联网应用。Hanoch指出:“ReRAM在速度和低功耗方面具有很大优势。”他提到,嵌入式应用是ReRAM最容易实现的目标,因此这是Weebit短期内的工作重点,但公司同时也在积极计划开发独立的ReRAM产品。upWednc

Hanoch表示,随着卖出的产品越来越多,客户信心会不断增强,可以说,ReRAM将在未来三到四年内迎来快速增长。他认为,“到那时候一定会的。”而引起广泛关注的神经形态应用至少还需要五年时间,“在其产品化之前还需要做许多研究,但是一旦完成,这可能会是ReRAM的最大市场,其潜力不可估量。”upWednc

(原文刊登于ASPENCORE旗下EETimes英文网站,参考链接:Is ReRAM Ready to Leave the R&D Phase?)upWednc

本文为《电子技术设计》2020年03月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里upWednc

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Gary Hilson
EE Times特约编辑。Gary Hilson是一位自由撰稿人和编辑,曾为北美地区的印刷和电子出版物撰写过大量稿件。 他感兴趣的领域包括软件、企业级和网络技术、基础研究和教育市场,以及可持续交通系统和社会新闻。 他的文章发表于Network Computing,InformationWeek,Computing Canada,Computer Dealer News,Toronto Business Times,Strategy Magazine和Ottawa Citizen。
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