新闻中心

                                        EEPW首页 > 编辑观点 > 未来新型存储器技术将主导存储器市场 其中FeRAM有什么竞争优势

                                        未来新型存储器技术将主导存储器市场 其中FeRAM有什么竞争优势

                                        作者:陈玲丽时间:2022-02-25来源:电子产品世界收藏

                                        是半导体产业的风向标和最大细分市场,约占半导体产业的三分之一。智能时代的到来,将引起存储行业的新一轮爆发。新的架构已经筹划了很长时间,但仍未被广泛采用。然而,许多业内人士认为临界点已然将近。

                                        本文引用地址:http://www.weightlox.com/article/202202/431491.htm

                                        存储器是现代信息系统最关键的组件之一,已经形成主要由DRAM与NAND Flash构成的超千亿美元的市场。随着万物智联时代的到来,人工智能、智能汽车等新兴应用场景对存储提出了更高的性能要求,促使新型存储器迅速发展,影响未来存储器市场格局。

                                        新型存储器是未来选择

                                        据YOLE统计,2019年以来,存储器成为半导体增速最快的细分行业,总体市场空间将从2019年的1110亿美元增长至2025年的1850亿美元,年复合增长率为9%。细分市场中,新型存储器市场增速最快,将从5亿美元增长到40亿美元,年复合增长率达到42%,发展潜力巨大。

                                        存储器可以按照断电是否能保存数据分为两类。

                                        捕获.PNG

                                        · 第一类易失性存储器是以动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)代表的易失性存储器,二者均具备高读写速度。其中SRAM速度高于DRAM,但密度低于DRAM,这是因为一个DRAM存储单元仅需一个晶体管和一个小电容,而每个SRAM单元需要四到六个晶体管。其共同的缺点是容量较低且成本高,一般分别用作主存和缓存。

                                        · 第二类非易失性存储器包括以NOR FLASH和NAND FLASH为代表的传统存储器和四种新型存储器。NOR FLASH的容量较小且写入速度极低,但读速较快,具备芯片内执行的特点,适合低容量、快速随机读取访问的场景;NAND FLASH的容量大成本较低,但读写速度极低,一般用于大容量的数据存储。

                                        存储器的发展取决于应用场景的变化。

                                        捕获.PNG

                                        20世纪70年代起,DRAM进入商用市场,并以其极高的读写速度成为存储领域最大分支市??;功能手机出现后,迎来NOR Flash市场的爆发;进入PC时代,人们对于存储容量的需求越来越大,低成本、高容量的NAND Flash成为最佳选择。

                                        智能化时代里,万物智联,存储行业市场空间将进一步加大,对数据存储在速度、功耗、容量、可靠性层面也将提出更高要求。而DRAM虽然速度快,但功耗大、容量低、成本高,且断电无法保存数据,使用场景受限;NOR Flash和NAND Flash读写速度低,存储密度受限于工艺制程。市场亟待能够满足新场景的存储器产品,性能有着突破性进展的新型存储器即将迎来爆发期。

                                        过去50年中,SRAM和DRAM已经成为存储器层次结构的主力,FLASH最近几年也加入了“战场”。所有这些存储结构在往较小的几何结构缩放的过程中都存在问题,部分是因为它们都是平面结构。新的基于电阻开关的存储技术是金属层结构,消除了许多制造问题。因此,尽管我们今天可能不愿意采用它们,但它们可能是适合未来几代产品的唯一的存储技术。

                                        目前,新型存储器主要有4种:相变存储器(PCM),铁电存储器(),磁性存储器(MRAM),阻变存储器(ReRAM)。

                                        捕获.PNG

                                        什么是?

                                        FRAM(铁电随机存取存储器Ferroelectric RAM),也称为。FRAM并非使用铁电材料,只是由于存储机制类似铁磁存储的滞后行为,因此得名。FRAM晶体材料的电压-电流关系具有可用于存储的特征滞后回路。

                                        FeRAM是利用铁电薄膜的双稳态极化特性 —— 电滞回线制备的非易失性存储器,将铁电薄膜技术与集成电路工艺相结合制作铁电存储器(FeRAM),是新兴的边缘学科-集成铁电学中电引入瞩目的研究方向。

                                        FeRAM使用了一层有铁电性的材料,取代原有的介电质,使得它也拥有非挥发性内存的功能。它以铁电物质为原材料,将微小的铁电晶体集成进电容内,通过施加电场,铁电晶体的电极在两个稳定的状态之间转换,实现数据的写入与读取。每个方向都是稳定的,即使在电场撤除后仍然保持不变,因此能将数据保存在存储扇区而无需定期更新。

                                        FeRAM的写入次数可以高达1014次和10年的数据保存能力。在重写某个存储单元之前,FeRAM不必擦拭整个扇区,因此数据读写速度也略胜一筹。此外,FeRAM的低工作电压能够降低功耗,这对移动设备来讲是很重要的。

                                        下面的图表解释了PZT晶体结构,这种结构通常用作典型的铁电质材料。在点阵中具有锆和钛,作为两个稳定点。它们可以根据外部电场在两个点之间移动。一旦位置设定,即使在出现电场,它也将不会再有任何移动。顶部和底部的电极安排了一个电容器。那么,电容器划分了底部电极电压和极化,超越了磁滞回线。数据以“1”或“0”的形式存储。

                                        捕获.PNG

                                        FRAM具有ROM(只读存储器)和RAM(随机存取器)的特点,能兼容RAM的一切功能,并且和ROM技术一样,是一种非易失性的存储器。在高速读写入、高读写耐久性、低功耗和防窜改方面具有优势。

                                        FeRAM是一种理想的存储器,在计算机、航天航空、军工等领域具有广阔的应用前景,世界上许多大的半导体公司对此都十分重视。由于FeRAM的显著优点以及巨大的市场需求,国际展开了激烈的研究竞争。

                                        目前在铁电存储器商业化中遇到的主要挑战是缺少低成本的与硅基CMOS工艺集成的技术,达不到批量生产的原因主要是材料和存储单元结构问题。

                                        · FRAM其存储单元基于双晶体管,双电阻器单元,单元尺寸至少是DRAM的两倍,存储密度受限,成本较高。并且它的读取是破坏性的,每次读取后必须通过后续写入来抵消,以将该位的内容恢复到其原始状态。

                                        · 材料方面,目前铁电晶体材料PZT(锆钛酸铅)和SBT(钽酸锶铋)都存在疲劳退化、污染环境等问题,尚未找到完美商业化的材料。

                                        此前受限于所用铁电物质特性的限制,该材料应用只局限于细分市场,但不久前英特尔发布的成果显示,其记录了FeRAM材料高达2纳秒的极短访问时间和10亿次循环范围内的极高写电阻(耐用性),意味着FeRAM有望作为下一代嵌入式DRAM技术的可行方案。该项业界领先技术可提供更大内存资源和低时延读写能力,用于解决从游戏到人工智能等计算应用所面临的日益复杂的问题。

                                        捕获.PNG

                                        上图右侧展现的是英特尔研发的低延迟内存技术:FeRAM。这种芯片将铁元素引入芯片的制造,可以大大提高内存芯片的读写速度,在2纳秒完成读写。同时,FeRAM技术能够提高内存芯片的密度。

                                        将FeRAM作为eDRAM也非常有趣。FeRAM铁电存储器本身和NAND闪存一样属于非易失性存储,同时FeRAM还具备低延迟、高耐久和支持直接覆盖写入等特点,使得可以作为SRAM的一个补充,提供更大缓存容量的同时还具备断电不丢数据的特殊能力。英特尔会如何利用FeRAM的这些特性还有待后续观察。



                                        关键词: 存储器 FeRAM

                                        评论


                                        技术专区

                                        关闭
                                        98彩票