新一代存儲技術(shù)漸入實(shí)用階段

　　近十年來(lái)，在高速成長(cháng)的非易失性存儲器(NVM)市場(chǎng)的推動(dòng)下，業(yè)界一直在試圖利用新材料和新概念發(fā)明一種更好的存儲器技術(shù)，以替代閃存技術(shù)，更有效地縮小存儲器，提高存儲性能。目前具有突破性的存儲技術(shù)有鐵電RAM(FRAM)、磁性RAM(MRAM)、相變RAM(PRAM)或其他相變技術(shù)。本文將分別介紹這些技術(shù)的特點(diǎn)、比較和研發(fā)進(jìn)展。

　　新一代存儲技術(shù)顯現

　　“多、快、省”特點(diǎn)

　　MRAM是一種非易失性磁性隨機存儲器。它擁有靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)的高速讀取寫(xiě)入能力及動(dòng)態(tài)隨機存儲器(DRAM)的高集成度，基本上可以無(wú)限次重復寫(xiě)入。其設計原理非常誘人，它通過(guò)控制鐵磁體中的電子旋轉方向來(lái)達到改變讀取電流大小的目的，從而使其具備二進(jìn)制數據存儲能力。MRAM的主要缺點(diǎn)是固有的寫(xiě)操作過(guò)高和技術(shù)節點(diǎn)縮小受限。為了克服這兩大制約因素，業(yè)界提出了自旋轉移矩RAM(SPRAM)解決方案，這項創(chuàng )新技術(shù)是利用自旋轉換矩引起的電流感應式開(kāi)關(guān)效應。盡管這一創(chuàng )新方法在一定程度上解決了MRAM的一些常見(jiàn)問(wèn)題，但還有很多挑戰等待研究人員克服，如自讀擾動(dòng)、寫(xiě)次數、單元集成等。目前，MRAM只局限于4Mb陣列180nm工藝的產(chǎn)品。另外，MRAM的生產(chǎn)成本也是個(gè)不小的問(wèn)題。MRAM研發(fā)可分為三大陣營(yíng)，除了東芝、海力士之外，三星電子也在進(jìn)行研發(fā)。

　　PRAM是最好的閃存替代技術(shù)之一，能夠涵蓋不同非易失性存儲器應用領(lǐng)域，滿(mǎn)足高性能和高密度兩種應用要求。它利用溫度變化引起硫系合金(Ge2Sb2Te5)相態(tài)逆變的特性，利用電流引起的焦耳熱效應對單元進(jìn)行寫(xiě)操作，通過(guò)檢測非晶相態(tài)和多晶相態(tài)之間的電阻變化讀取存儲單元。從應用角度看，PRAM可用于所有存儲器，特別適用于消費電子、計算機、通信三合一電子設備的存儲器系統。常用相變材料晶態(tài)電阻率和結晶溫度低、熱穩定性差，需要通過(guò)摻雜來(lái)改善性能。目前，人們也在尋找性能更加優(yōu)良的相變材料，以最大限度地發(fā)揮PRAM的優(yōu)越性。

　　FRAM是一種隨機存取存儲器技術(shù)，已成為存儲器家族中最有發(fā)展潛力的新成員之一。它使用一層有鐵電性的材料取代原有的介電質(zhì)，使得它也擁有像EEPROM一樣的非易失性?xún)却娴膬?yōu)勢，在沒(méi)有電源的情況下可以保存數據，用于數據存儲。FRAM具有高速、高密度、低功耗和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)。作為非易失性存儲器，FRAM具有接近SRAM和DRAM等傳統易失性存儲器級別的高速寫(xiě)入速度，讀寫(xiě)周期只有傳統非易失性存儲器的數萬(wàn)分之一，但讀寫(xiě)耐久性卻是后者的1000萬(wàn)倍，達到了10萬(wàn)億次，可實(shí)現高頻繁的數據紀錄。目前，廠(chǎng)商正在解決由陣列尺寸限制帶來(lái)的FRAM成品率問(wèn)題，進(jìn)一步提高存儲密度和可靠性。今天，FRAM技術(shù)研發(fā)的主攻方向是130nm工藝的64Mb存儲器。目前，富士通半導體集團控制著(zhù)FRAM的整個(gè)生產(chǎn)程序，在日本有芯片開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)及組裝設施。

　　逐漸在物聯(lián)

　　醫療領(lǐng)域應用

　　相對傳統存儲技術(shù)，新一代存儲具備自身的優(yōu)勢與特點(diǎn)。以FRAM為例，以“多、快、省”的特點(diǎn)在業(yè)界獨樹(shù)一幟，有助于解決應用瓶頸，促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng )新?！岸唷笔侵窮RAM的高讀寫(xiě)耐久性(10萬(wàn)億次)的特點(diǎn)，可以頻繁記錄操作歷史和系統狀態(tài);“快”是指高速燒寫(xiě)特性，可以幫助系統設計者解決突然斷電丟失數據問(wèn)題;“省”是指FRAM超低功耗的特性，特別是寫(xiě)入時(shí)無(wú)需升壓。

　　將照相機實(shí)拍的一張照片分別存儲到EEPROM和FRAM中，直觀(guān)比較圖像數據寫(xiě)入過(guò)程中EEPROM和FRAM的性能差異?？梢园l(fā)現使用并口傳輸數據，FRAM存儲數據用了約0.19秒，而EEPROM用了約6.23秒;FRAM存儲數據的比特率約為808kB/s，而EEPROM存儲數據的比特率約為24kB/s;功耗方面，FRAM約為0.4mW，而EEPROM約為61.7mW。FRAM的快速讀寫(xiě)和超低功耗特性顯而易見(jiàn)。

　　過(guò)去幾年，富士通FRAM在中國的電力儀表(三相表和集中器)、工業(yè)控制、辦公設備、汽車(chē)音響導航儀器、游戲機、RFID、醫療器械及醫療電子標簽等行業(yè)取得了可喜成績(jì)。其FRAM主要包括三大類(lèi)(單體FRAM、RFID和內嵌FRAM的認證芯片)，在很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域實(shí)現了批量應用，并促成了大量的創(chuàng )新應用案例。

　　不同存儲器都有其各自的優(yōu)勢和缺點(diǎn)，而存儲器市場(chǎng)需要更高密度、更高速度、更低功耗、具有非易失性且價(jià)格便宜的存儲器產(chǎn)品，所以由消費類(lèi)產(chǎn)品驅動(dòng)的存儲器市場(chǎng)在呼喚性能更優(yōu)存儲器技術(shù)。