RRAM的研究进展 RRAM的四大发展机遇

台积电正在提供嵌入式 rram 作为其 28 纳米 cmos 制造工艺的一个选项,英飞凌表示将在 2023 年底之前将其用于向客户提供的mcu样品。
据英飞凌称,其下一代aurix微控制器将使用嵌入式非易失性存储器,特别是电阻式随机存取存储器(rram),而不是嵌入式闪存(eflash),并将在台积电的28纳米节点上制造。
虽然基于台积电28纳米eflash技术的autrix tc4x系列微控制器样品已经交付给主要客户,但基于台积电28纳米rram技术的第一批样品将于2023年底提供给客户。英飞凌表示,autrix tc4x系列微控制器专为adas而设计,可提供新的e/e架构和经济实惠的ai应用。
嵌入式闪存微控制器自推出第一批发动机管理系统以来,就被用作汽车中的ecu,市场上大多数mcu系列都基于eflash技术,但该技术一直在努力迁移到28纳米以下,并且也被认为效率低于rram。英飞凌认为,与台积电的合作成功奠定了rram在汽车领域的基础,并使其autrix系列微控制器具有更广泛的供应基础。
新型存储器中,rram不仅满足高读写速度和存储密度的要求,同时延迟可降低1000倍,可满足未来智能驾驶高实时数据吞吐量。安全性方面,rram具备可靠性,未来有望出现高性能、高集成度、高稳定性和低功耗的车规rram存储器。
rram有多种变体,通常在标准 cmos 逻辑上沉积过渡金属氧化物 (tmo) 层。每个公司的材料配方和分层结构可能是独一无二的,但通常 rram 是基于金属离子和氧空位在电压下的迁移,以建立和断开存储单元中的丝状传导路径。
英飞凌声称,台积电提供的带有 rram 的 aurix 微控制器将提供更高的抗扰度,并允许按位写入而无需擦除,从而实现优于嵌入式闪存的性能。英飞凌表示,循环耐力和数据保留与闪存相当。
台积电业务发展高级副总裁kevin zhang表示,台积电和英飞凌已经在一系列不同应用中就rram技术进行了近十年的合作,将tc4x迁移到rram将为在微控制器缩小到更小的节点方面开辟新的机遇。
目前,台积电的非易失性存储器解决方案包括闪存、自旋传递扭矩mram(stt-mram)和rram。该代工厂还在探索相变ram(pcram)和自旋轨道扭矩mram(sot-mram)技术。
2018年,台积电开始量产汽车用40纳米eflash技术,但其40纳米超低功耗嵌入式rram技术,完全兼容cmos工艺,已于2017年底进入风险生产。2021年,代工厂的40纳米rram技术成功进入量产,28纳米和22纳米节点也可作为物联网市场的低成本解决方案。
rram的研究进展
在商业化上,crossbar、昕原半导体、松下、adesto、elpida、东芝、索尼、美光、海力士、富士通等厂商都在开展rram的研究和生产。在代工厂方面,中芯国际、台积电和联电都已经将rram纳入自己未来的发展版图中。已量产的海外rram存储器主要有adesto的130纳米cbram和松下的180纳米rram。松下(panasonic)在2013年开始出货rram,成为世界第一家出货rram的公司。接着,松下与富士通联合推出了第二代rram技术,基于180纳米工艺。而adesto 一直在缓慢地出货低密度 cbram;中国的昕原半导体在crossbar的基础上实现了技术核心升级和工艺制程的改进,实现28纳米量产,并且已建成自己的首条量产线,拥有了垂直一体化存储器设计加制造的能力;兆易创新和rambus宣布合作建立合资企业合肥睿科微,进行rram技术的商业化,但目前还无量产消息。
rram的四大发展机遇
物联网:aiot需要数据的实时交互,因此不仅要求存储器低功耗,也需要高读写和低延迟。目前的nor flash存储密度低、容量小、功耗高,无法实现高写入速度。而rram在保证读性能的情况下,写入速度可提升1000倍,同时可实现更高存储密度和十分低的功耗,未来将会是取代nor flash成为万物智联时代存储器的最佳选择。
智能汽车:未来单车存储容量将达到2tb-11tb,一辆l4/l5级自动驾驶汽车至少需要74gb dram和1tb nand。新型存储器中,rram不仅满足高读写速度和存储密度的要求,同时延迟可降低1000倍,可满足未来智能驾驶高实时数据吞吐量。
数据中心:rram相较nand可提升100倍的读写性能,同时保持更低的功耗和高存储密度,有望解决未来数据中心高能效比,低延迟的需求,实现更高性能的ai数据中心。


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