看好汽車(chē)領(lǐng)域?yàn)殍F電隨機(jī)存取內(nèi)存(FRAM)、磁阻式RAM (MRAM)與電阻式RAM (ReRAM)等越來(lái)越多的新興內(nèi)存帶來(lái)潛在商機(jī)，業(yè)界內(nèi)存供應(yīng)商莫不使出渾身解數(shù)，期望確保其內(nèi)存產(chǎn)品性能符合可靠度要求更高的汽車(chē)市場(chǎng)。
美國(guó)一家非揮發(fā)性內(nèi)存(NVM)供應(yīng)商Adesto Technologies最近發(fā)布研究報(bào)告，展現(xiàn)其ReRAM內(nèi)存適于汽車(chē)等高可靠性應(yīng)用的潛力。主導(dǎo)這項(xiàng)研究的Adesto研究員Dr. John Jameson在本月初于歐洲舉行的第48屆歐洲固態(tài)電子組件會(huì)議暨歐洲固態(tài)電路研究會(huì)議(ESSCIRC-ESSDERC)上分享其研發(fā)成果。他指出，ReRAM由于采用簡(jiǎn)單的內(nèi)存單元結(jié)構(gòu)與材料，只需多增加一層光罩，就能夠整合于現(xiàn)有的制造流程，因而有望成為一種廣泛使用且低成本的簡(jiǎn)單嵌入式非揮發(fā)性內(nèi)存(eNVM)。
雖然Adesto是最早將商用ReRAM內(nèi)存推向市場(chǎng)的公司之一，而且在與傳統(tǒng)嵌入式閃存(flash)技術(shù)相較時(shí)，該公司商標(biāo)的CBRAM技術(shù)耗電量更低、所需的處理步驟更少，并能以更低電壓操作，但是，ReRAM仍面對(duì)著整合和可靠性的挑戰(zhàn)。Adesto的研究人員在最新發(fā)布的論文中聲稱能夠解決這些問(wèn)題。
根據(jù)Adesto的研究指出，ReRAM可望成為一種廣泛使用且低成本的簡(jiǎn)單嵌入式非揮發(fā)性內(nèi)存(eNVM)，因?yàn)樗捎煤?jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)與材料，只需多一層光罩，就能整合于現(xiàn)有的制造流程。
《邁向車(chē)用級(jí)嵌入式ReRAM》(Towards Automotive Grade Embedded ReRAM)一文由Jameson和十幾位研究人員共同撰寫(xiě)，即將發(fā)布于IEEE Xplore網(wǎng)站上。該論文中描述了一種改善的次量子導(dǎo)電橋接RAM (conductive bridging RAM；CBRAM)單元，具有強(qiáng)大的可靠性，使其足以針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用；文中并討論到在新電池堆棧中觀察到的主要類型和錯(cuò)誤。研究人員們還談到為了預(yù)測(cè)耐久性和儲(chǔ)存壽命而開(kāi)發(fā)的可靠性模型。
研究人員指出，ReRAM一直被認(rèn)為是適于MCU和SoC的嵌入式閃存(eFlash)之替代方案，因?yàn)樗褂煤?jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)和材料，只需要額外增加一層光罩，即可整合至現(xiàn)有的邏輯后段工藝(BEOL)，以及微幅調(diào)整其前段工藝(FEOL)。相形之下，現(xiàn)有的eFlash則需要10個(gè)或更多層光罩，還必須協(xié)調(diào)FEOL/BEOL整合方案以因應(yīng)較高的熱預(yù)算。
Adesto首席技術(shù)官Gideon Intrater表示，在汽車(chē)等嵌入式應(yīng)用中使用ReRAM的另一個(gè)好理由是，eFlash現(xiàn)正開(kāi)始遭遇可微縮程度的限制。在接受《EE Times》的電話采訪時(shí)，他表示CBRAM則還有很大的微縮空間。“最大的問(wèn)題是：該技術(shù)能否以高標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)執(zhí)行？這就是本文試圖展現(xiàn)的目標(biāo)——我們實(shí)際上可以為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)建構(gòu)具有最佳質(zhì)量要求的產(chǎn)品。”
根據(jù)該論文的可靠性模型預(yù)測(cè)，該技術(shù)以1 ppm的平均組件失效率達(dá)到104直接寫(xiě)入周期后，在150°C下的儲(chǔ)存壽命可達(dá)到20年以上。Intrater并未預(yù)測(cè)CBRAM多久才能取代汽車(chē)應(yīng)用中的eFlash，他認(rèn)為這必須先經(jīng)過(guò)商用化階段后才能實(shí)現(xiàn)。
該研究論文并估計(jì)，“相較于采用55nm的現(xiàn)有商用級(jí)eNVM，使用55nm的車(chē)用級(jí)CBRAM宏可讓每芯片節(jié)省5%-20%的成本，達(dá)到相對(duì)的宏尺寸、更多的光罩與工藝步驟，以及邏輯與內(nèi)存的相對(duì)面積比。”
GlobalFoundries的磁穿隧接面(MTJ)堆棧和整合，已針對(duì)400°C、60分鐘post-MTJ圖案化熱預(yù)算進(jìn)行了優(yōu)化，并兼容于CMOS BEOL工藝，使其適用于汽車(chē)SoC。
Object Analysis首席分析師Jim Handy表示，一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的主題是制造新興內(nèi)存技術(shù)的公司通常認(rèn)為由于擁有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，就能讓人們?cè)敢鉃榇颂统龈噱X(qián)來(lái)，而且，由于其制造成本更高，因而必須以更高的價(jià)格出售。
“然而，最終并沒(méi)有那么多的應(yīng)用能夠容納所有以更高價(jià)格獲取更高性能的要求。”他認(rèn)為現(xiàn)在要談ReRAM是否適于此類應(yīng)用還為時(shí)過(guò)早。“目前有兩件事更能發(fā)揮作用。一是它在大量制造時(shí)的價(jià)格能降到多便宜，另一個(gè)是它現(xiàn)在的量有多大。”
但是Handy表示，MRAM和ReRAM之間存在著某種競(jìng)爭(zhēng)——競(jìng)相在SoC中取代閃存——通常是NOR flash，因?yàn)镹OR flash經(jīng)試驗(yàn)與測(cè)試，但仍將達(dá)到限制。他說(shuō)，Adesto當(dāng)然希望市場(chǎng)得以發(fā)展，但這又反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致價(jià)格降低，并進(jìn)一步開(kāi)啟新市場(chǎng)，讓價(jià)格更進(jìn)一步下滑。“它將會(huì)形成一種方式是，嵌入式內(nèi)存將成為試驗(yàn)場(chǎng)，并因其中一項(xiàng)新技術(shù)崛起而導(dǎo)致價(jià)格和成本開(kāi)始降低。”
Adesto并不是唯一一家希望擴(kuò)大ReRAM應(yīng)用的公司。但由于其CBRAM具有抗輻射特性而適于醫(yī)療應(yīng)用，而且還有助于解決物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的電源挑戰(zhàn)，以色列Weebit Nano最近生產(chǎn)的首款封裝單元中，即包含了基于其氧化硅電阻RAM (SiOx ReRAM)技術(shù)的內(nèi)存數(shù)組。該公司表示，這有助于將其內(nèi)存技術(shù)交付給合作伙伴，同時(shí)也是產(chǎn)品化和商業(yè)化工作的重要一步。第一批內(nèi)存芯片將交付給多所大學(xué)，協(xié)助其進(jìn)行在神經(jīng)形態(tài)運(yùn)算中使用ReRAM技術(shù)的研究。
同時(shí)，Everspin Technologies和GlobalFoundries去年也展示了嵌入式MRAM可以經(jīng)由260°C回流焊實(shí)現(xiàn)超過(guò)10年的數(shù)據(jù)保留，以及在125°C時(shí)的讀/寫(xiě)耐用性，使其適用于通用MCU和汽車(chē)SOC。