三大存储技术黑马之ReRAM,富士通的十年存储掘金路

发布于:2019/11/29 16:10:09 | 1369 次阅读

  随着近年来5G、AI、大数据等应用的兴起,业界对于存储的要求达到了一个新的高度。而在存储器的竞争格局中,富士通FRAM、ReRAM和NRAM三大产品是绕不开的话题。此前我们已经对NRAM和FRAM进行了详细的科普介绍,今天本文再跟大家聊聊富士通存储器市场三驾马车之一——ReRAM。
  ReRAM:下代存储器竞争者
  ReRAM,即Resistive Random Access Memory,常缩写为ReRAM或RRAM,中文译为可变电阻式存储器。它是一种新型的非易失性存储器。在传统内存中,数据以电荷的形式存储。而在ReRAM中,会有一个电压被应用于一种堆叠的材料,进而导致电阻变化,这种变化可以在内存中记录数据(0 和 1)。
  ReRAM兼具DRAM的读写速度与SSD的非易失性,同时拥有更低的功耗及更快的读写速度,这意味着即使关闭电源存储器仍能记住数据。值得注意的是,ReRAM技术是采用一项基于电场的切换机制,因此可创造高度可靠性及在较广泛不同温度情况下的高稳定表现。
  ReRAM主要特性:
  高速度:擦写速度由触发电阻转变的脉冲宽度决定,一般小于100ns;耐久性:读写采用的是可逆无损害模式,从而可以大大提高其使用寿命;具备多位存储能力:部分材料还具备多种电阻状态,使得当个存储单元存储多位数据成为可能,从而提高存储密度。
  尽管在ROM存储领域NAND闪存无疑是的主流,但ReRAM被认为是未来闪存的替代方案。它能在单块芯片上存储1T数据,存取速率比闪存快20倍,的特质使它成为下一代存储器的主要竞争者。当前,包括富士通、松下、Crossbar、东芝、美光、海力士等厂商都在开展ReRAM的研究和生产。
  富士通的ReRAM之路
  早在十多年前富士通便已着手研究ReRAM。2007年12月,日本富士通旗下川崎实验室宣布研发出一种新型的非挥发ReRAM,彼时的ReRAM刷写时只需要100mA的电流甚至更少。此外,研究人员还降低了90%的波动电阻值,新的技术可以更快地完成存取,可在5毫秒内存取10000次。
  “以车载领域为代表的混载闪存市场,力争2010年前后达到实用水平。”在美国召开的第21届非挥发性半导体内存学会上富士通实验室表示。
  不过直到2016年,富士通才宣布取得突破性进展。时年11月,富士通对外公布了当时业界密度的4 Mbit ReRAM产品MB85AS4MT。这也是富士通半导体与松下电器半导体合作开发的首款ReRAM产品。MB85AS4MT为SPI介面的ReRAM产品,能在1.65至3.6伏特电压下运作,并于时脉5MHz的读取操作下仅需0.2mA的平均消耗电流。
  随后,富士通稳步推进其ReRAM业务的进展。
  2019年8月富士通成功研发MB85AS8MT——这是密度8Mbit ReRAM产品,其采用SPI介面并与电子抹除式可复写唯读记忆体(EEPROM)相容的非挥发性记忆体,能在1.6至3.6伏特之间的广泛电压范围运作,在5MHz工作频率下仅需0.15mA读取资料。此外,MB85AS8MT采用了极小的晶圆级晶片尺寸封装(WL-CSP),非常适用于需电池供电的小型穿戴设备。
  按照富士通的规划,预计在2021年前后带来16Mbit甚至32Mbit ReRAM产品,届时将进一步满足企业和客户对各种特殊应用的需求。
  展望富士通ReRAM未来
  不可否认,NAND闪存拥有成本和密度上的优势,但凭借高密度、低功耗等突出特性ReRAM未来想象空间同样不容小觑。
  长远来看,ReRAM等一些下一代内存技术的目标是所谓的存储级内存(storage-class memory)市场。多年以来,内存行业一直在寻找一种新的内存类型,即存储级内存。这种内存可以用在系统的主内存(DRAM)和储存器(NAND 闪存)之间,填补这两者之间日益增大的延迟差距。
  “(ReRAM)主要用在助听器,欧洲很多大公司助听器放在耳朵里面。”在去年的中国ICT媒体论坛上,富士通电子元器件产品管理部总监冯逸新透露道。事实上,不断在ReRAM领域取得突破的富士通正拓宽其应用前景,业界普遍认为ReRAM高密度且低功耗的特性可使其大量运用在电池供电的穿戴式设备、助听器等医疗设备,以及量表与传感器等物联网设备。
  此外,ReRAM的另一个潜在应用是神经形态计算(neuromorphic computing)。科学家们一直在探索各种新颖的大脑启发思维范式,试图通过模仿中枢神经系统的神经元和突触交互的方式来实现更高的能效。基于ReRAM技术的人工神经突触是一种非常有前途的方法,可用于在神经形态结构中实现这些高密度和可缩放的突触阵列。通过在边缘端启用AI,ReRAM有可能在当前和全新的AI探索中发挥重要作用。

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