比NAND閃存更快千倍 40nm ReRAM在中芯國際投產(chǎn)

 非揮發(fā)性電阻式內(nèi)存(ReRAM)開發(fā)商Crossbar Inc.利用非導(dǎo)電的銀離子-非晶硅(a-Si)為基板材料，并透過電場轉(zhuǎn)換機(jī)制，開發(fā)出號稱比NAND閃存更快千倍速度的ReRAM組件，同時(shí)就像先前在2016年所承諾地如期實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

根據(jù)Crossbar策略營銷與業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Sylvain Dubois表示，專為嵌入式非揮發(fā)性內(nèi)存(eNVM)應(yīng)用而打造的Crossbar ReRAM提供了更高性能，密度比DRAM更高40倍，耐久度與寫入速度更高1，000倍，單芯片尺寸約200mm2左右，即可實(shí)現(xiàn)高達(dá)terabyte(TB)級的儲存，并具有結(jié)構(gòu)簡單與易于制造等優(yōu)點(diǎn)。

該ReRAM組件目前正由其合作伙伴中芯國際(SMIC)進(jìn)行生產(chǎn)，SMIC最近已宣布為客戶出樣40nmCMOS工藝的ReRAM芯片。除了量產(chǎn)40nm ReRAM，預(yù)計(jì)不久也將實(shí)現(xiàn)28nm CMOS的生產(chǎn)。Dubois預(yù)期這一時(shí)間大約就在2017年的上半年，但他并未透露是否仍沿用SMIC還是其他代工廠為其生產(chǎn)28nm CMOS。

Crossbar成立于2010年，迄今已籌措超過8，000萬美元的資金，包括獲得來自中國創(chuàng)投公司Northern Light Venture Capital的支持。該公司目前正尋求透過知識財(cái)產(chǎn)權(quán)(IP)的授權(quán)業(yè)務(wù)模式。

Crossbar是目前競相投入開發(fā)非揮發(fā)性內(nèi)存(NVM)技術(shù)的多家公司之一;NVM技術(shù)可望用于取代閃存，并可微縮至28nm以及更先進(jìn)工藝。尤其是在相變內(nèi)存無法成功用于商用市場后，ReRAM已被業(yè)界視為一種更可能取得成功的備選技術(shù)。不過，ReRAM技術(shù)也有多種版本，在許多情況下，可能無法完全深入了解在其切換和失效模式背后的原理。有些人甚至指出磁性內(nèi)存(MRAM)可能會是在28nm節(jié)點(diǎn)勝出的非揮發(fā)性內(nèi)存。

另一種競爭技術(shù)是基于碳納米管(CNT)薄層的非揮發(fā)性內(nèi)存，由Nantero Inc.所提供。該公司已將其CNT RAM技術(shù)授權(quán)給無晶圓廠芯片公司——富士通半導(dǎo)體(Fujitsu Semiconductor)，用于其55nm及其后的40nm先進(jìn)工藝中。

“有些應(yīng)用需要16Mbit或更高位的內(nèi)存，有些則不需要。我們正致力于處理更大的宏，但也讓客戶開發(fā)自家的ReRAM宏，”Dubois說。

ReRAM已經(jīng)明顯表現(xiàn)出優(yōu)于閃存的優(yōu)點(diǎn)了，包括20奈秒(ns)的讀取延遲以及12ns的寫入延遲，相形之下，閃存還存在幾毫秒的延遲。Dubois解釋，“我們的技術(shù)并不存在區(qū)段擦除(block erase)，因而能夠重新寫入單個字節(jié)。”至于其耐久性，Dubois強(qiáng)調(diào)，Crossbar可確保達(dá)到100k次的讀寫周期。他說：“對于這些應(yīng)用，100k是一般鎖定的目標(biāo)，但我們持續(xù)使其推向更高的穩(wěn)定度。”

Crossbar ReRAM內(nèi)建選擇特性，能使內(nèi)存單元在1T1R數(shù)組中實(shí)現(xiàn)超低延遲的讀取，或在1TnR數(shù)組中實(shí)現(xiàn)最佳面積效率(4F2單元)

Crossbar目前正推動雙軌業(yè)務(wù)策略，一方面針對嵌入式非揮發(fā)性應(yīng)用研發(fā)ReRAM，另一方面則作為高容量獨(dú)立型內(nèi)存的技術(shù)開發(fā)者。盡管Crossbar在2016年閃存高峰會(Flash Memory Summit)與2017年國際消費(fèi)性電子展(CES)上仍以選用組件展示其進(jìn)行交叉點(diǎn)數(shù)組的能力，但以技術(shù)成熟度來看，嵌入式非揮發(fā)性內(nèi)存大約超前一年以上。

Crossbar并聲稱具備為其密集交叉點(diǎn)內(nèi)存數(shù)組進(jìn)行3D堆棧的能力，使其得以微縮至10nm以下，并為每單元儲存多個位，從而在單一芯片上實(shí)現(xiàn)高達(dá)TB級的高容量非揮發(fā)性內(nèi)存。

Dubois表示，Crossbar正與一家或多家公司合作，共同創(chuàng)造高容量的分離式ReRAM組件，同時(shí)也將采用授權(quán)業(yè)務(wù)模式。但他并未透露是哪幾家合作伙伴或獲授權(quán)的業(yè)者。

然而，Crossbar強(qiáng)調(diào)，未來將會以自家公司品牌開發(fā)獨(dú)立的內(nèi)存，以便在編碼儲存取代NOR閃存，以及在數(shù)據(jù)儲存方面取代NAND閃存。“為了進(jìn)軍這一市場，必須與其他業(yè)者合作，形成強(qiáng)大的策略聯(lián)盟，”Dubois表示，“我們的目標(biāo)是成為內(nèi)存產(chǎn)業(yè)的ARM!”

Dubois指出，Crossbar的客戶尚未商用化量產(chǎn)其嵌入ReRAM的IC，而今在從SMIC取得樣片后，預(yù)計(jì)后續(xù)的發(fā)展將會加速。“對于公司和市場來說，目前正是關(guān)鍵的階段。我們必須證明其可靠性。”