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分析師:PCM和MRAM將主導新興存儲器市場

2020-11-24
來源:半導體行業(yè)觀察
關鍵詞: 存儲器 PCM MRAM

  MKW Ventures的Mark Webb表示,在接下來的十年中,兩種新興的非易失性存儲器類型(相變存儲器和磁RAM)將在獨立存儲器中處于領先地位。

  Mark Webb在最近的虛擬閃存峰會上做了一系列演講。他得出的結論是,盡管目前正在開發(fā)中的新興存儲器技術種類繁多,但英特爾的相變存儲器(稱為3D XPoint存儲器或Optane)將在2025年和2030年主導獨立的新興非易失性存儲器市場,這是部分原因是英特爾虧本出售內存業(yè)務的原因。

  Webb將新興內存定義為PCMMRAM,ReRAM和FeRAM以及其他。它不包括NAND,DRAM,NOR,SRAM,EEPROM等。在這些分析中,Webb并不討論開始受到關注的嵌入式/ SoC新興存儲器MRAM。

  韋伯認為,由英特爾提供的PCM將在2025年占據(jù)獨立新興存儲器市場90%的份額,而MRAM僅次于第二,在2030年仍將如此。

  韋伯表示,盡管英特爾虧本出售了相變內存。但韋伯在FMS演講中說,3D Xpoint的營業(yè)利潤率非常低,并估計出售Xpoint會使英特爾每季度損失3億多美元。韋伯說,盡管隨著內存生產規(guī)模的擴大,這種損失可能會減少,但這種損失將持續(xù)下去。

  他補充說,沒關系。永久內存非常適合數(shù)據(jù)中心,可以將英特爾架構與AMD和其他競爭對手區(qū)分開來。韋伯說,內存余量并不是英特爾的目標。

  韋伯在一篇博客文章中說:“我們預測Optane的收入將大幅增長,這僅僅是因為英特爾正在向它投資數(shù)十億美元,并正在為其發(fā)展新的總線連接。如果沒有英特爾,則將數(shù)字除以5到10。”

  盡管韋伯的分析對于諸如ReRAM和FeRAM之類的替代存儲器的支持者似乎是黯淡的,但他提供了一些理由。他指出,在英特爾和美光共同推出PCM五年后,除對英特爾的銷售外,美光的年銷售額還不到1000萬美元。韋伯表示,在同意一項技術可行之后,要想達到高產量,需要很長時間。

  韋伯觀察到:“如果ReRAM或FeRAM起飛,它將在四到五年內,并且不會取代其他市場。”

  延伸閱讀:

  MRAM/ReRAM/PCM/XPoint/FRAM誰主沉浮?

  PCM:也稱為PRAM,相變存儲器技術基于在正常環(huán)境溫度下無定形或結晶的材料。晶態(tài)具有低電阻,非晶態(tài)具有高電阻。

  在化學和物理學中,任何無定形的物質都被稱為液態(tài)或氣態(tài)。固態(tài),液態(tài)和氣態(tài)也稱為“相位”。相變存儲器的名稱源于位單元在晶相和非晶相之間切換的結果。

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  自20世紀60年代開始研究以來,PCM 于2006年首次出貨。該技術通常基于硫屬化物玻璃(chalcogenide glasses),英特爾/美光聯(lián)合開發(fā)的3D XPOINT內存就是基于PCM的。PCM的最大優(yōu)勢是:它可以使用簡單的2端二極管,而不是雙向器件進行選擇,因為在設置、復位或讀取位時電流的運行方向相同。

  MRAM:磁性RAM基于巨磁阻(GMR),其自20世紀90年代初以來一直用于HDD記錄頭。當多層GMR堆疊的某些層在相同方向上被磁化時,另一層將表現(xiàn)為低電阻。當它們以相反方向磁化時,層的電阻會很高。這種磁化可以通過導線周圍的場(Toggle Mode MRAM)產生,也可以通過使正向或反向電流通過位單元(Spin-Tunnel Torque或STT MRAM)來實現(xiàn)。目前,這兩種產品都有出貨。

  MRAM已經(jīng)獲得了大量投資,這產生了許多STT MRAM變體,包括垂直STT、過程自旋扭矩、旋轉軌道扭矩(SOT)等。盡管迄今為止所有設備都使用了三端選擇器,但最近的研究表明,未來幾年可能會使用雙端選擇器。

  ReRAM:電阻式RAM有許多名稱,ReRAM、RRAM和Memristor是最常見的。ReRAM最廣泛的定義包括使用電阻存儲元件的任何存儲器; 包括PCM和MRAM。為了將它們區(qū)分開來,這里的ReRAM是任何非PCM或MRAM的、基于電阻的存儲技術。

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  大多數(shù)ReRAM中的位設置/復位機制涉及金屬絲或氧空位的產生和消除:原子實際上在器件內移動。這自然會導致磨損,但研究人員認為這種磨損可以大大低于NAND閃存。該過程使用正向和反向電流,這有時使得三端子選擇器比雙端子選擇器更容易使用。但是,某些ReRAM可以與雙端選擇器配合使用,某些變體甚至可以在位單元內執(zhí)行選擇。這使得它們在單層中使用時是經(jīng)濟的,并且允許它們在多層中構造以進一步降低成本。

  雖然大多數(shù)ReRAM使用新材料,但一些公司已經(jīng)開發(fā)出可以使用已經(jīng)用于大批量芯片生產的成熟材料制造。目前,某些ReRAM已經(jīng)批量出貨。

  FRAM:鐵電存儲器,F(xiàn)RAM或FeRAM,但它并不使用鐵,這項技術之所以這樣命名,是因為它的機制與鐵被磁化和去磁時的機制十分類似。在一個方向上的電流將使FRAM單元內的原子轉移到分子的一端,反向電流將它們轉移到另一端。

  FRAM通常不是電阻存儲器。今天生產的FRAM使用破壞性讀取機制,其向單元施加寫入電壓。如果電流流動,則意味著原子從單元的一端移動到另一端,并且單元處于擦除狀態(tài)。如果沒有電流流動,則原子已經(jīng)在電池的那一端。如果讀取操作導致原子移動,則在讀取單元格之后必須將該原子恢復到原始位置。

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  最近的研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)RAM可以使用氧化鉿制成,氧化鉿是一種廣泛應用于半導體工廠的材料。這是FRAM區(qū)別于其他新興存儲技術的決定性優(yōu)勢。目前的FRAM使用三端選擇器,這對其承載能力有一定限制。

  其他技術:NRAM由碳納米管,石墨烯存儲器,導電電子RAM(CeRAM)和上述技術的變體制成,如聚合物鐵電體,鐵電隧道結(FTJ),鐵電FET(FeFET),界面PCM(iPCM,也稱為Superlattice PCM或TRAM),磁電RAM(MeRAM),Racetrack Memory等等。

  綜上,當DRAM和NAND閃存無法繼續(xù)降低成本時,所有新技術都會爭奪下一代存儲市場地位,但在此之前必須克服諸多技術和應用障礙。

  


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