新型存儲的機(jī)會來了？格芯22nm工藝量產(chǎn)eMRAM

近日，格芯宣布基于22nm FD-SOI （22FDX）工藝平臺，新型存儲器eMRAM（嵌入式、磁阻型非易失性存儲器）已投入生產(chǎn)。eMRAM屬新型存儲技術(shù)，與當(dāng)前占據(jù)市場主流的DRAM和NAND閃存相比，具有更快的存取速度和更高的耐用性，在邊緣設(shè)備中具有替代NAND閃存和部分SRAM的潛質(zhì)。它在22nm工藝下的投產(chǎn)，將加快新型存儲技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程，未來發(fā)展前景看好。

22nm FD-SOI工藝eMRAM年內(nèi)量產(chǎn)，采用相關(guān)芯片的終端明年面世

根據(jù)格芯的報(bào)告，將在德國德累斯頓1號晶圓廠的12英寸生產(chǎn)線，進(jìn)行eMRAM的制造加工。目前，格芯正在接洽多家客戶，計(jì)劃于2020年安排多次生產(chǎn)流片。這也意味著，采用22nm FD-SOI工藝的eMRAM有望于2020年投入量產(chǎn)，采用相關(guān)芯片產(chǎn)品的終端設(shè)備于2021年有望面世。

eMRAM屬新型存儲技術(shù)，相比DRAM和NAND閃存，具有更快的存取速度和更高的耐用性，適用于物聯(lián)網(wǎng)、通用微控制器、汽車電子、終端側(cè)人工智能設(shè)備和其他低功耗設(shè)備當(dāng)中?；?2nm FD-SOI先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)制造，產(chǎn)品將具有更高的性價比。格芯汽車、工業(yè)和多市場戰(zhàn)略業(yè)務(wù)部門高級副總裁和總經(jīng)理Mike Hogan表示：“客戶可利用這些解決方案來構(gòu)建適用于高性能和低功耗應(yīng)用的創(chuàng)新產(chǎn)品?；贔DX平臺生產(chǎn)的eMRAM，更有利于集成在高性能射頻、低功耗邏輯和集成電源管理的解決方案中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化?！?/p>

除格芯之外，其他半導(dǎo)體廠商對于eMRAM等新型存儲器的開發(fā)也非常重視。2019年年初，三星曾宣布基于28nm FD-SOI工藝，在韓國器興廠區(qū)投產(chǎn)eMRAM，并計(jì)劃生產(chǎn)1千兆容量的eMRAM測試芯片，為大規(guī)模生產(chǎn)做準(zhǔn)備。三星代工市場副總裁Ryan Lee表示：“通過eMRAM與現(xiàn)有成熟的邏輯技術(shù)相結(jié)合，三星晶圓代工將繼續(xù)擴(kuò)大新興的非易失存儲器工藝產(chǎn)品組合，以滿足客戶和市場需求?！迸_積電技術(shù)長孫元成也曾經(jīng)透露，臺積電已開始研發(fā)eMRAM和eRRAM等，并計(jì)劃采用22nm工藝。這是臺積電應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備、高速運(yùn)算電腦和智能汽車等領(lǐng)域所提供效能更快速和耗電更低的新存儲器。

應(yīng)用材料則在2019年推出業(yè)界首款具備量產(chǎn)價值的MRAM制造設(shè)備平臺Endura Clover MRAM PVD系統(tǒng)，可進(jìn)行材料沉積、介面清潔和熱處理功能等，在半導(dǎo)體設(shè)備上為MRAM的量產(chǎn)提供了可行性。根據(jù)應(yīng)用材料金屬沉積產(chǎn)品事業(yè)部全球產(chǎn)品經(jīng)理周春明的介紹，一個PVD系統(tǒng)可以整合7個Clover PVD腔室，在一個PVD系統(tǒng)中就可以完成10多種不同材料和超過30層以上的沉積，由于不需要像以往設(shè)備那樣進(jìn)行真空中斷，將大幅提升成品率。

存取速度提高10倍以上，有望成為未來云服務(wù)數(shù)據(jù)中心首選

目前，業(yè)界關(guān)于新型存儲器的討論一直很熱，并不僅局限于eMRAM。3D XPoint、PCRAM、ReRAMRRAM等均是人們重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)。

2006年英特爾即與美光聯(lián)合成立了IM Flash Technologies公司，共同開發(fā)新型存儲器3D Xpoint。雖然雙方于2018年因技術(shù)路線分歧而分道揚(yáng)鑣，但是目前英特爾與美光均已各自量產(chǎn)3D Xpoint，并投入推廣。英特爾在其云計(jì)算解決方案中，將3D Xpoint和3D NAND整合在單一模塊當(dāng)中，作為HDD硬盤、3D NAND與DRAM內(nèi)存之間的一個新的層級。由于傲騰硬盤的容量是DDR4內(nèi)存的10倍，斷電也不丟失數(shù)據(jù)，將增加存儲系統(tǒng)的整體性能。英特爾中國研究院院長宋繼強(qiáng)告訴記者：“將DRAM、NAND Flash和傲騰技術(shù)相結(jié)合，在緩存和DRAM之間，DRAM存儲之間插入第三層，填補(bǔ)內(nèi)存層級上的空白，使存儲結(jié)構(gòu)間的過渡更加平滑，對于提高系統(tǒng)性能非常有利?！痹?019年的“Mircon Insight”技術(shù)大會上，美光也推出了基于3D XPoint技術(shù)的超高速SSD硬盤X100。美光執(zhí)行副總裁兼首席商務(wù)官Sumit Sadana表示：“美光是全球?yàn)閿?shù)不多的DRAM、NAND和3D XPoint解決方案垂直整合提供商，該產(chǎn)品將繼續(xù)推動我們的產(chǎn)品組合向更高價值的解決方案發(fā)展，從而加速人工智能能力發(fā)展、推動更快的數(shù)據(jù)分析，并為客戶創(chuàng)造新的價值?！?/p>

ReRAM和PCRAM同樣屬于非易失性存儲器，適合作為“存儲級存儲器”填補(bǔ)服務(wù)器DRAM和NAND閃存之間不斷擴(kuò)大的性價比差距。根據(jù)周春明的介紹，在將PCRAM或者ReRAM用于數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)當(dāng)中時，相較于傳統(tǒng)的NAND，可以提供超過10倍的存取速度，有望成為未來云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的首選。目前，業(yè)界對于PCRAM與ReRAM的量產(chǎn)開發(fā)也十分積極。2019年在推出面向MRAM生產(chǎn)的PVD系統(tǒng)的同時，應(yīng)用材料還推出了支持PCRAM、ReRAM量產(chǎn)化的Endura Impulse PVD設(shè)備。周春明預(yù)測未來3～5年，新型存儲器有望解決制造上瓶頸快速進(jìn)入市場。

融合還是替代？

eMRAM等新型存儲器會取代DRAM和NAND Flash成為市場主流嗎？集邦咨詢半導(dǎo)體研究中心（DRAMeXchange）資深協(xié)理吳雅婷認(rèn)為，eMRAM只會部分取代DRAM/NAND的使用量，但并沒有辦法完全取代現(xiàn)有的存儲器解決方案。在所有新一代存儲器中，eMRAM的電信特性與DRAM和NAND Flash極其相似，具備一定的優(yōu)缺點(diǎn)，并未具備完全替代DRAM和NAND Flash的性能?！笆褂眯乱淮鎯ζ鳎瑢τ趥鹘y(tǒng)平臺來說，需要改變以往的平臺架構(gòu)才能適應(yīng)，并不是可以輕松使用的?！眳茄沛谜f。

應(yīng)用材料金屬沉積產(chǎn)品事業(yè)部全球產(chǎn)品經(jīng)理周春明也表示，新型存儲器具有更快的存取速度，更好的耐用性，更小的裸片尺寸、成本和功耗等性能優(yōu)勢。例如，以統(tǒng)合式 MRAM 解決方案取代微控制器中的eFlash和SRAM，可節(jié)省90%的功耗。不過，周春明也指出，目前下一代存儲器在量產(chǎn)制程方面仍然存在很多瓶頸。

也就是說，新一代存儲器想要獲得一定的市場空間，還需要與現(xiàn)有的存儲器解決方案進(jìn)行配合，加快適應(yīng)傳統(tǒng)平臺的架構(gòu)，釋放性能方面的優(yōu)勢。