ReRAM怎么了?

电阻RAM (ReRAM),少数几个正在开发新一代的记忆,终于获得牵引经过多年的挫折。

富士通和松下共同加大第二代ReRAM设备。此外,横梁抽样40 nm ReRAM技术,这是由中国的中芯国际在铸造的基础上。不甘示弱,台积电和联华电子最近把ReRAM路线图和正在开发的技术为客户在未来一年左右的时间。

ReRAM多年来一直被作为一个替代NAND和其他传统记忆,但ReRAM已被证明是更加困难比任何人预期发展。此外,与非比例比此前认为的更远,造成许多ReRAM推迟或取消他们的努力。

并不是所有的芯片制造商都ReRAM支持。对ReRAM GlobalFoundries和其他人,不冷不热,正在开发不同类型的新一代记忆。

ReRAM的优点闪光内存读取延迟和更快的写性能较低。在传统的记忆中,数据存储电荷。在ReRAM电压材料堆栈,创建一个电阻的变化,记录数据(0和1)记忆。

尽管这些属性,只有少数公司运送ReRAM迄今为止。与ReRAM别人摔跤,随着技术难以掌握从物理学的角度来看。在某些情况下,性能和可靠性的ReRAM承诺。

ReRAM不会取代NAND或其他记忆,但它有望找到自己的位置,特别是在嵌入式内存的应用程序。“ReRAM厂商解决方案应用程序,如衣物和物联网设备,“说邱Kae功能嵌入非易失存储器的副总裁助理联华电子。“ReRAM适合一些低端单片机和消费者产品内存较低密度的要求。”

为未来的应用程序,不过,ReRAM和其他下一代记忆正在针对所谓的内存存储类市场。多年来,该行业一直在寻找一种新的内存或内存存储类适合内存(DRAM)和存储之间的(快闪记忆体)系统中,哪里有延迟的差距越来越大。

神经形态计算是另一个潜在ReRAM申请。神经形态计算使用计算函数的灵感来自于大脑,使人工智能和机器学习。这个行业必须首先学习如何驯服ReRAM规模较小之前解决这些市场,然而。

为什么下一代记忆?
多年来,行业发展ReRAM传统和其他下一代记忆,因为记忆有各式各样的局限性。新的内存类型承诺填补空缺。

“他们与DRAM和NAND解决问题,“Er-Xuan萍说,董事总经理的内存和材料在硅系统组应用材料。“NAND是缓慢的。DRAM是快,但它是不稳定的。”

DRAM是不稳定的,它失去了数据在电力系统中是关闭的。Flash存储数据在操作,即使是关闭的。不过,Flash经历多个读/写周期,这是一个缓慢的过程。

一般来说,下一代记忆类型是快速、非易失性,并提供无限的耐力。他们还提供bit-alterable,消除自由功能,使它们DRAM和闪存的理想替代品。

问题是这些记忆依赖于特殊材料和复杂的切换机制,所以下一代记忆类型需要更长时间来培养。与此同时,产业规模继续DRAM和闪存,使新的内存类型很难在市场中立足。

今天,然而,一些新的内存类型增加。3 d XPoint和STT-MRAM最势头。其他类型包括碳纳米管公羊,弗拉姆号和ReRAM。

没有单一的新的内存类型可以处理所有的应用程序。每种技术都有不同的属性,执行不同的功能。“我希望这些高级记忆首先找到房子在应用程序识别或利用他们独特的优势之一,”David炸说,首席技术官Coventor,现在林研究的一部分。

由英特尔和微米,3 d XPoint技术是新一代相变内存。同时,STT-MRAM利用电子自旋的磁性提供非易失性属性。

碳纳米管公羊使用纳米管形成电阻状态。与此同时,弗拉姆号使用铁电电容来存储数据。

ReRAM是不同的。多年来,ReRAM 2008年声名狼藉,惠普(hewlett - packard)观察到一种ReRAM时,被称为忆阻器。多年来,惠普开发未来的系统被称为“机器”,结合记忆电阻器。但在技术后,惠普已经走向一个更传统的记忆系统方案和支持记忆电阻,分析师表示。

相反,惠普已经与西方数字开发另一个ReRAM技术。4 ds, Adesto,横梁,微米,松下,三星,索尼等厂家也ReRAM发展。

虽然到目前为止,松下是唯一一家航运ReRAM体积。同时,横梁预计船首次ReRAMs到今年年底。

别人都在努力获得ReRAM出门。“运输低密度CBRAM Adesto缓慢,他们相信这将船在2018年卷,“艾伦·Niebel说首席执行官Web-Feet研究,指导电桥接RAM (CBRAM),这是一种ReRAM。“WD-HP已经陷入困境,但它可能在2019年船。”

与此同时,索尼是其ReRAM努力改进。多年来,索尼和联合开发ReRAM微米,但微米最近退出了该项目。相反,微米与英特尔关注3 d XPoint,离开索尼ReRAM技术但没有工厂的合作伙伴。

在铸造方面,与此同时,中芯国际,台积电、联电等正在开发和/或提供ReRAM为铸造客户流程。但两人,GlobalFoundries和三星,今天不把ReRAM。

铸造供应商正在探索所有下一代记忆类型,但他们开始将赌注压在技术,从长远来看可能会成功。“投资于这些技术是一种昂贵的事情,”戴夫Eggleston说,副总统的嵌入式内存GlobalFoundries。“这个行业只能承受投资这么多。”

例如,GlobalFoundries是STT-MRAM背后扔它的重量。三星,台积电和联华电子也为铸造开发STT-MRAM客户。“所有这些技术,绝对是最商业的势头MRAMEggleston说。“嵌入式MRAM前沿位置。这将是越来越难一些其他技术进入业务如果是投资在哪里。”

ReRAM有一些优点,但它仍然面临着一场艰苦的战斗。“ReRAM采用已被证明是有点令人失望,”他补充道。

ReRAM是什么?
ReRAM也是一个困难的技术掌握,但它是一个相对简单的过程,使其在工厂。ReRAM和STT-MRAM面具只需要几个步骤,都是在所谓的backend-of-the-line(生产BEOL在一个工厂)。STT-MRAM和ReRAM是建立在一个接触或通过在芯片的金属层。

捏造ReRAM是一回事,但是这工作是最难的部分。一般来说,有两种主要类型的ReRAMs-oxygen-vacancy ReRAM CBRAM。Oxygen-vacancy ReRAMs被称为氧化物ReRAM或OxRAM。

OxRAM和CBRAM二端设备。他们由一个上电极和下电极。一种交换媒介坐落在两个电极之间。

图1:细丝的ReRAM技术。来源:横梁

在OxRAM,金属氧化物材料夹在两个电极之间。上面一个正电压时电极、导电纤维在两个电极之间形成。丝由离子原子。

一个负电压时底部电极、导电丝断裂。实际上,ReRAM交换机之间的高、低电阻状态。电阻的变化是由“0”和“1”的记忆。

图2:ReRAM在行动。来源:Adesto

也像OxRAM CBRAM构建和破坏灯丝电阻状态。然而在CBRAM,铜或银金属注入硅,形成两个电极之间的导电桥或丝。

其他人正在non-filamentary方法。而形成一个灯丝,这种技术使用一个自整流技术形成一个切换效果。一些分类作为OxRAM这项技术。

无论如何,ReRAM技术挑战性。“如果这是可以做到的,ReRAM提供好处的读/写延迟,”托尔斯滕莉儿说,副总裁林的研究”,但它是有限的可靠性。当你切换单元一万次,属性改变。似乎与此相关的物理化学效应建立细丝。这是知之甚少。”

DRAM和闪存处理电子。相比之下,OxRAM CBRAM涉及到一个复杂的移动过程和控制小离子原子构成的灯丝。电子打火机,而原子更重。

“在纸上,ReRAM看起来简单。在现实中,它不是,”应用的平说。“当你有离子移动的材料,这里不仅仅是电和electro-field反应。inter-diffusion,温度行为和电的行为都必须在一起。它必须处理许多自然参数。这就是为什么它是复杂的。

“举个例子,当你输入一个电脉冲这些ReRAMs,有一个RC交互。根据钢筋混凝土相互作用,热你本地创建的变化,是不一样的。如果有差异,氧气扩散速度是不同的,”平说。”的困境。曾有一度,电子可能太轻。然后,噪音高。在另一个点,原子是太重了。但这需要的不仅仅是简单的电来解决它。”

OxRAM与CBRAM
2013年,松下公司是世界上第一艘船ReRAM。当时,松下运送一个8位单片机(MCU),注册一个180纳米ReRAM作为嵌入式内存块。

去年,松下、富士通,共同推出了第二代ReRAM技术。基于180海里,4-Mbit ReRAM设备非常适合低功耗应用程序,如笔记本电脑和医疗产品。

现在,松下正在开发一个40 nm ReRAM,这是2018年的目标。联华电子制造技术在铸造松下的基础。

松下的ReRAMs基于OxRAM方法。“我们相信OxRAM的保留特性优于CBRAM,“志强魏说,首席工程师在松下。

松下在180 nm ReRAM基于TaOx材料与Ta2O5跟踪矩阵。相比之下,40 nm ReRAM将包含“基本概念相同,但不完全相同的堆栈,“魏说。

在设备方面,松下的ReRAMs围绕一个1 t1r(有关晶体管一)体系结构。1 t1r需要大量晶体管使足够的驱动电流的装置。反过来,这限制了内存芯片密度。

但1 t1r非常适合嵌入式内存的应用程序。对于嵌入式应用程序,oem厂商使用单片机和其他芯片。通常情况下,单片机集成嵌入式内存相同的设备。,被用来对嵌入式内存存储代码和其他数据,通常是基于eepm或也不闪。

所以ReRAM放在哪里?只是一个例子,4-Mbit ReRAM从Fujitsu-Panasonic组合提供了比eepm密度。事实上,该设备是eepm替代。

嵌入式ReRAM定位为低功耗,降低成本的解决方案,方案并不一定需要快速写入速度。“ReRAMs定位是物联网和其他应用程序的一个低成本的解决方案,“联华电子的功能说。

现在,ReRAM及其竞争对手,STT-MRAM,为不同的市场定位。“MRAM是针对应用程序需要更高的性能,如单片机和汽车、“张文雄表示。“我们相信STT-MRAM可能是一个不错的选择非易失存储器解决方案向前移动,因为它提供了更好的可伸缩性和性能”。

在一个应用程序,STT-MRAM定位在单片机取代或22纳米。也不是很难规模超过28 nm,促使像STT-MRAM需要新的解决方案。随着时间的推移,ReRAM也是一个潜在的替代也。

到目前为止,与此同时,STT-MRAM扩展至28日22 nm和下面。相比之下,横梁的ReRAM技术抽样40 nm 28 nm和下面的研发。

生产线启动横梁不是使用OxRAM方法。相反,它利用一个电化学金属化的过程。从机制的角度来看,金属离子的过程利用灯丝更类似于CBRAM,据专家。

“(OxRAM)的问题是,很难,”Sylvain杜布瓦说,市场营销和业务发展副总裁横梁。“它调节细胞内的灯丝。开/关比并没有那么大。”

电化学方案,横梁说,开/关比率增加尺度。”这意味着,这种技术将提高扩展到下一个流程节点时,”杜波依斯说。

横梁是ReRAM设备规模超过40 nm。“现在,我们正在与一个2 xnm晶片铸造伙伴甚至1 xnm铸造的伴侣,”他说。

更重要的是,横梁ReRAMs读延迟和较低比闪电更快的写性能。在市场上想要利用其技术,横梁正在两个architectures-1T1R和堆内存设备。

横梁1 t1r技术是面向嵌入式空间。第一个1 t1r产品都是基于一个40 nm的过程,这是由中芯国际。

横梁也正在一个内存存储类应用程序的技术。对于这个架构,ReRAM由单独的层,堆放在设备上。一个内置的选择器允许单个晶体管来驱动一个或成千上万的记忆细胞。

图3:横梁的堆内存体系结构。来源:横梁

“只有四层16 nm, 32 g版我们可以得到密度,”杜波依斯说。“用更少的层次,我们可以得到g的水平。”

在多层配置,横梁的ReRAMs针对固态硬盘和双列直插式内存模块。可以使用这些应用程序,ReRAM结合现有的记忆。它还可以取代一些DRAM和NAND。

“我不认为我们一夜之间将取代一个类别。我们在这里打开访问数据的新方法。所以我们不打算有一个即插即用flash替换或DRAM替换。中间,”他说。

ReRAM嵌入式应用程序的意义,但在内存存储类领域技术面临着一场艰苦的战斗。“它面临着竞争与现有的解决方案,”应用的平说。“生态系统是由较大的供应商。所以这并不容易。”

它还需要大量资源提出新的内存技术进入市场。例如,英特尔和微米正推动3 d XPoint和他们有资源肌肉进入业务。

接下来是什么?
虽然还有待观察,如果ReRAM可以成功记忆存储类,技术也正在针对其他部门,特别是神经网络。

Facebook、谷歌和其他公司已经开发出系统使用机器学习,使得神经网络的使用。在神经网络、系统处理数据和识别模式。然后,学习哪些属性是很重要的。

许多这些系统使用fpga或与SRAM-based gpu内存。在研发,行业正在ReRAM这段。ReRAM比GPU /存储器体系结构、密度和可能需要新的工具或技术。“林是与我们的客户紧密合作,以确定腐蚀的具体需要,清洁和新兴记忆包括ReRAM沉积,”林的莉儿说。“因为新材料,需要创新的解决方案。”

使用专门的硬件如ReRAM通常与神经形态计算,有关。“神经形态模拟,”萍说。“OxRAM财产。电阻可以改变满足神经形态计算的需要。”

神经形态系统,然而,需要一连串的堆栈ReRAM设备。如上所述,一个ReRAM设备是一个很难控制的技术。

控制ReRAMs更为艰巨。“神经形态计算最终需要某种控制阻力,“萍说。”再次,ReRAM,原子移动的细丝。所以,有多种可能性。这是未知的。”

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