新兴存储技术突破多 大规模商用待考

2007-08-10 09:03:31来源: 中国电子报
最近,目前主流的DRAM、SRAM和FLASH等存储技术一定感觉到既有近忧,又有远虑,因为新型存储技术PRAM(相变存储器)、MRAM(磁性随机存储器)及FRAM(铁电储存器)表现活跃,大有取而代之的势头。不过,虽然上述新兴技术具有很多优点,并有各自不同的取代对象,但是,它们要经历大规模商用的考验。

新兴存储技术发展快

与目前主流的存储技术相比,PRAM、MRAM和FRAM普遍具有非易失、重复擦写次数多等特点,它们在近两年取得了令人兴奋的发展,存储容量不断增加,市场也在逐步接受它们。

在FRAM方面,Ramtron公司业务拓展副总裁Lee Brown向《中国电子报》记者表示,FRAM具有三个独特的优点:无延迟(No Delay)读/写,FRAM以总线速度写入数据,在掉电情况下不需要复杂的数据备份系统;几乎具有无限的耐用性,FRAM能够无损耗地提供无限次数的数据收集;低功耗,FRAM器件属于RAM,并且不需要电荷泵,所以写入周期的功耗较FLASH和EEPROM等浮动器件要低几个数量级。

在MRAM方面,飞思卡尔公司相关负责人告诉《中国电子报》记者,MRAM采用磁性材料,同时结合传统的硅电路,使单个高耐用性设备既具备SRAM的速度,又拥有闪存的非易失性。这位负责人兴奋地表示:“MRAM是唯一具备所有主要优良属性的存储器:速度、非易失性、无限持久性。该技术的主要目标之一是,将MRAM作为灵活的嵌入式存储器集成到设备中,在我们的逻辑设备中实现增强功能。与其他非易失性存储器技术相比,MRAM更容易集成到我们现有的逻辑工艺中,因为它位于较高的金属层,不会影响底层晶体管。”

在PRAM方面,2007年6月,英特尔公司推出了128Mb的PRAM样片, 并计划于今年下半年采用90nm技术进行量产。英特尔公司首席技术官Justin Rattner表示,该器件的“写”性能比目前的NOR闪存提高了六倍,且更具“鲁棒性”,能保证至少100万次的写循环。

取代目标各有不同

三种新兴存储技术各具特点,PRAM、MRAM和FRAM在未来具有不同的取代目标。

英特尔公司认为,一旦DRAM和闪存遇到无法超越的工艺缩小极限,这些新兴技术就将成为它们的替代品。许多技术专家认为闪存可能在45nm或35nm时达到极限。一般手机采用的是256Mb的分立式NOR闪存,在成本敏感的手机中也可能是128Mb。Rattner认为,英特尔将目前的128Mb产品只作为NOR替代品的目标是“非常恰当的”,他同时补充道:“该产品确实展示了相变技术的性能潜力。”

飞思卡尔认为,目前的情况是不同类型的存储器适合不同的应用和产品。在可预知的将来,这种情况还会继续。这些界限的消除取决于成本、性能、容量等因素。随着技术的成熟,MRAM占据的市场空间有望增加。所有这些存储器技术都基于CMOS,因此具有一些共同之处。然而,每种存储技术都具有独特的处理步骤。东芝MRAM产品相关负责人在接受《中国电子报》记者采访时直截了当地表示,MRAM主要的替代对象是DRAM。大多数移动设备的存储器架构,是由高速作业用存储DRAM和虽然速度慢、但存储容量较大的闪存构成的。而MRAM速度快、可反复擦写,因此最适合作为高速作业用存储器。又因为MRAM不会挥发,所以不用像DRAM一样升级更新,因此可以把电力消耗降低至1/10以下。

FRAM一般被认为是异步SRAM的取代品。Lee Brown对此表示认同,与此同时,他表示在需要FRAM存储器的高性能应用领域方面,FRAM也可替代一部分EEPROM和FLASH器件。新的数据记录要求使得一些设计人员在以往使用EEPROM和FLASH器件的场合选用FRAM。在许多情况下,利用FRAM特性,能够改进客户的最终产品。

大规模商用尚需时日

相比较而言,在各种新兴存储技术中,FRAM的商用步伐最快。例如,迄今为止,Ramtron公司已经在全球范围交付了超过1.5亿个FRAM器件,而且数量还在继续增加。但是,即使这些技术的坚定支持者也不得不承认,价格、容量等因素仍然是横亘在大规模商用道路上的“大山”。

Objective Analysis公司首席闪存分析师Jim Handy表示:“虽然PRAM、MRAM、FRAM(铁电RAM)等所有这些技术都被吹嘘成闪存达到工艺极限时的替代品,但闪存的工艺极限仍然在不断缩小。”

飞思卡尔公司负责人认为MRAM的大规模商用取决于其性能和价格。“不过目前产品还处在高价位,如何在保证高性能的同时降低成本是我们关注的问题。”这位负责人不得不承认。东芝公司负责人则认为MRAM的大规模商用取决于产品的大容量化,如果MRAM被大容量化,那么就一定可以获得与DRAM相匹敌的市场规模。

Ramtron公司对目标市场的预期在10亿美元左右,该市场的组成包括:EEPROM和SRAM市场替代部分,以及由FRAM技术能力所带来的新商机。不过Lee Brown也承认,市场的发展势头决定着FRAM存储密度曲线上行的快慢速度。

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三种新存储技术

PRAM:一种非易失性存储技术,基于硫族材料的电致相变,以前在批量生产时总是难以获得稳定性。相变材料可呈现晶态和非晶态两种状态,分别代表了0和1,只要施加很小的复位电流就可以实现这两种状态的切换。

MRAM:一种非挥发性的磁性随机存储器,所谓“非挥发性”是指关掉电源后,仍可以保持记忆完整,功能与FLASH雷同;而“随机存取”是指中央处理器读取资料时,不一定要从头开始,随时可用相同的速率,从内存的任何部位读写信息。MRAM运作的基本原理与硬盘驱动器相同。和在硬盘上存储数据一样,数据以磁性的方向为依据,存储为0或1。它存储的数据具有永久性,直到被外界的磁场影响之后,才会改变这个磁性数据。它拥有静态随机存储器SRAM的高速读取写入能力以及动态随机存储器DRAM的高集成度,而且基本上可以无限次地重复写入。

FRAM:一种非易失性存储技术。FRAM的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使得铁电存储产品同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储产品的特性。铁电晶体材料的工作原理是,当把电场加到铁电晶体材料上,晶阵中的中心原子会沿着电场方向运动,到达稳定状态。晶阵中的每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态。一个用来记忆逻辑中的0,另一个记忆1。中心原子能在常温、没有电场的情况下停留在此状态达一百年以上。铁电存储器不需要定时刷新,能在断电情况下保存数据。由于在整个物理过程中没有任何原子碰撞,FRAM拥有高速读写、超低功耗和无限次写入等超级特性。

关键字:铁电  相变  磁性  总线

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