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磁性RAM(MRAM)能否使欧盟回到存储器竞争的队伍?

2021-06-08 09:40:18 Jean-Pierre Nozières 阅读:
二十多年来,MRAM的倡导者一直相信,如果有一种能够在存储器的各层上使用的先进技术,就可以建立一个更好的(存储)世界。MR AM成为主流已是不争的事实,欧盟需要确保其核心技术处于最前沿并不断发展,以期成为未来的“独角兽”。

存储器在电子系统中无处不在,而且用途广泛:从存储数据到缓存、缓冲,以及最近开发出的(存内)计算。我们都知道,存储器的种类非常多:从发热的快速易失性片上SRAM(静态随机存储)缓存,到低温的慢速高能耗非易失性存储闪存,再到多层片外DRAM(动态随机存储)缓冲器和工作存储模块。打个比方,存储器的竞争就像半导体行业内的“欧冠联赛(Champions League)”:相同的球队,相同的体系,年年都赛。FNuednc

然而,过去数十年里有太多的技术承诺还没有实现,人们却又开始挑战更新的存储器技术,似乎已准备好跻身最高级别的存储器竞争中。微控制器中使用的嵌入式磁性RAM(MRAM)模块和数据存储芯片中的独立XPoint存储器模块现如今都属于最前沿的技术,但只有时间才能证明哪些技术和应用会成功,哪些只不过是白忙活。FNuednc

想要快速更换“球员的国籍”似乎是不太可能的。美国和亚洲公司将继续占领市场,留给世界其他地区的只有残羹剩饭。欧洲在存储器市场一直处于边缘地位,如今更是濒临出局。虽然欧洲仍拥有几家第一梯队的芯片厂商,但在终端用户市场所占的份额却少得可怜。FNuednc

加入存储器竞争需要大量资金支持(还是可以用足球联赛来比喻),欧洲的命运并不会突然发生逆转。但他们仍然有一线希望,这个希望来自科学家——没错,就是那些不断声称发现了“即将改变世界的新技术”的家伙,以及围绕这些新技术发展起来的新兴公司。FNuednc

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图1:自旋转移矩MRAM(STT MRAM)和自旋轨道转矩MRAM(SOT MRAM)。(图片来源:Antaios)FNuednc

我们来聊聊MRAM。二十多年来,MRAM的倡导者一直相信,如果有一种能够在存储器的各层上使用的先进技术,就可以建立一个更好的(存储)世界。这项技术的开发者像是在豪赌,在经历了许多曲折和公关活动之后,业界似乎终于开始进行产品研发了。最新的产品是自旋转移矩MRAM(spin-transfer torque MRAM,简称STT MRAM),这种产品现已成为业界公认的嵌入式存储器选择方案,取代了作为先进技术节点的嵌入式闪存(图1)。与独立存储器所需的尖端技术相比,具有先进特征尺寸的嵌入式存储器更容易进入市场,所有的龙头代工厂现在都加入到STT潮流中。尽管实现量产还需假以时日,但MRAM成为主流已不再是“能否”,而是“何时”。FNuednc

STT的路途漫长而曲折,它还需要很多科学技术上的突破,不仅是常规的工艺集成的突破,还需要结合基础材料和电子传输科学等,而这些都只存在于学术研究实验室中。当然,并非所有的科研工作都会成功,但某些研究,例如最近发现的自旋轨道转矩(SOT)现象,看起来就值得尝试。FNuednc

STT陷入了“速度”、“耐用性”和“数据保存”的三方拉锯战,它无法同时满足这三方面的要求,而SOT则有望同时提供数据存储和缓存应用服务,从而取代几乎所有芯片中(从微控制器到微处理器和片上系统)的嵌入式闪存和嵌入式SRAM。完成SOT-MRAM的研究还需要一段时间,但是该技术的前景让所有的努力和付出都值得。FNuednc

实际上MRAM并不是欧洲的发明,它基于自旋电子学,自旋电子学很早以前就有了,可追溯到2007年Albert Fert 和Peter Grünberg获得诺贝尔物理学奖。过去几年中,欧洲科学家也对此做出了极大的贡献,并申请了无数的关键专利。在欧盟的补贴下,欧洲顶级研究实验室培养了大量的高新技术专业人才。但是,大多数相关的资金和工作岗位却在实验室以外。FNuednc

MRAM的最新发展能否帮助欧洲重新加入存储器竞争的行业?欧盟微电子技术中心(IMEC)已经拥有一条一流的MRAM试生产线,为该行业多个领先的公司提供服务;Arm公司是存储器IP和编译器的全球领导者,他们在法国南部的一个团队正努力研发第一个MRAM存储器编译器;位于德国Dresden的GlobalFoundries,也在其先进的制造工厂中提升STT产能。价值链上的许多创业公司都出自世界一流的自旋电子实验室,遍布整个欧洲大陆。例如,Hprobe致力于成为MRAM测试设备的领导者;Spin-Ion Technologies主攻工艺技术;法国的初创公司Antaios是SOT-MRAM技术的先驱,他们已经建立了重要的合作伙伴关系以证明SOT的价值,并将SOT从最初的实验室(Spintec)转移至合作工厂。FNuednc

没有人会愚蠢到相信价值数十亿美元的SOT-MRAM超级工厂将建立在欧洲大陆。在一个高度全球化的生态系统中,欧洲想要在自己的后花园里自行开发新技术真是白日做梦。欧洲与美国和亚洲的工业巨头进行战略合作是不可避免的,但Antaios及其它创业公司还是有机会成为关键技术的供应商,并分得一杯羹。FNuednc

无论如何,MRAM都会进入半导体市场。欧盟需要确保其核心技术处于最前沿并不断发展,从“有望成功”到未来成为“独角兽”(谁说得准呢)。但要做到这一点,需要的不仅仅是商誉。金钱到哪里都很有用,无论是风险投资、企业资金还是政府支持。要成为改变游戏规则的人,这笔钱必须给到产业链的最基层,给到初创公司和研究实验室。回到对足球的比喻,不仅富裕的老牌球队需要支持,年轻、充满希望且玩法新奇的新兴球队也需要支持。规模大的并不总是好的。FNuednc

(原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版,参考链接:Can MRAM Get EU Back in the Memory Game?,由Jenny Liao编译。FNuednc

本文为《电子技术设计》2020年6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FNuednc

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