内存市场转向成效浮现 三星、Intel促嵌入式MRAM普及

在内存市场，业界普遍认为，在前沿SoC（片上系统）和大规模微控制器（MCU）中的逻辑嵌入式非易失性存储器的开发可谓非常活跃。到目前为止，处理器内核的程序代码主要存储在SoC和微型计算机内置的逻辑嵌入式闪存中，然而，嵌入式闪存的小型化已近乎突破极限，无法跟上CMOS逻辑的小型化。
 
据称嵌入式闪存的小型化极限是在CMOS逻辑技术节点40nm至28nm上产生。“嵌入式非易失性存储器”有望在28nm及更高版本的CMOS逻辑上扮演“嵌入式闪存”的角色。
 
嵌入式闪存达到更小型化的技术极限的主要原因是嵌入式闪存的存储器单元是晶体管。由于它是晶体管技术，它必须与CMOS逻辑晶体管技术兼容。然而，CMOS逻辑晶体管已经代代相传。这些包括应变硅技术，HKMG技术和FinFET技术。嵌入式闪存很难跟随这些连续变化。
 
另一方面，在嵌入式非易失性存储器中，不是晶体管而是双端可变电阻元件负责数据存储。根据可变电阻元件的存储原理的不同，有三种主要技术。电阻变化存储器（ReRAM），磁阻存储器（MRAM），相变存储器（PCM）。
 
这些技术的共同之处在于它们可以形成可变电阻元件，用于半独立地或完全独立于逻辑中的晶体管技术进行存储。随着小型化，逻辑中的晶体管技术有望在未来发生重大变化。嵌入式闪存是一种晶体管技术，几乎不可能创建与逻辑匹配的开发路线图。另一方面，即使逻辑的小型化提前到例如5nm或更小，嵌入式非易失性存储器也可以毫无问题地遵循小型化。它应是未来闪存市场的技术趋势。
 
此外，与嵌入式非易失性存储器中的嵌入式闪存相比，写入相对较快，电源电压相对较低，并且添加到CMOS逻辑制造的掩模数量小至约3（大约10个嵌入式闪存）。有诸如此类的优点出于这个原因，主要的闪存厂商和微型计算机供应商正在积极致力于嵌入式非易失性存储器的开发。
 
韩国三星电子3月6日宣布在韩国器兴厂开始大规模生产嵌入式磁阻存储器（eMRAM），以取代嵌入式闪存（eFlash）。据其介绍，eMRAM采用28nm制程工艺，并基于FD-SOI的技术集成冲压处理，目前已经开始批量生产。该公司计划年内开始生产1千兆位(Gb）eMRAM测试芯片，继续扩展其嵌入式存储器解决方案。
 
美国英特尔（Intel）公司也已经透露，它正在开发一种用于逻辑的“嵌入式非易失性存储器”——嵌入式磁阻存储器（eMRAM）和嵌入式电阻变化存储器（ReRAM）。英特尔称，其开发的eMRAM也已处于量产阶段，ReRAM目前还处于开发阶段，二者都是基于FinFET技术的22nm制程工艺制造。

图1：英特尔已量产的嵌入式非易失性存储器MRAM产品规格参数

图2：英特尔正在研发的嵌入式非易失性存储器ReRAM产品相关参数

 
英特尔表示，嵌入式ReRAM技术和嵌入式MRAM技术采用了通用元件来提高制造良率，并且嵌入式MRAM技术已经发展到可以大规模生产的水平，可以通过将其集成到产品中。
 
结论：“次世代记忆体”的问世，不论是率先推出的三星、英特尔，还是后续的半导体厂商台积电、联电等，非易失性存储器如MRAM，ReRAM和PCM即将作为前沿逻辑中的嵌入式存储器而普及。