華文網

電子記憶體革新 MRAM和RRAM又有何優勢

在最近的一年,固態硬碟和記憶體的漲勢卻是讓很多廠商都掙得盆滿缽滿的,就連美光也一反頹勢,取得了相當不錯的成績。

不過現在三星、海力士、美光都沒有明顯要擴大產能的想法,主要有兩方面的考慮:

第一,智慧手機的發展雖然極快,但是隨著市場的逐漸飽和,用戶對於智慧手機的更新反覆運算逐漸放緩。在接下來的兩年內,存儲晶片市場需求可能會出現下滑,現在貿貿然擴產將會導致廠商間大打價格戰,對於晶片製造商並不是好消息。

第二,中國這幾年在大力投資半導體。在去年,更是投入了數百億美元資金,在武漢、南京等地建設晶圓廠,其中涉及到處理器、存儲晶片等尖端半導體行業,預計開始出貨時間在2020年前後,屆時記憶體市場的競爭也會進一步加劇,三星、海力士、美光在這時候投資建設新廠,正式出貨時間與國內的晶片廠差不多,可能會得不償失,所以也打消了念頭。

除了著眼於短期的利益之外,存儲晶片廠商還有另外的發展方向。這兩年,DRAM和NAND Flash之間的邊界正在消失。

在今年3月份,英特爾正式開賣與美光聯合開發的3D Xpoint產品Optane。Optane就是打破DRAM和NAND Flash晶片邊界的產品,它擁有DRAM的高速擦寫能力,同時又可以兼顧NAND Flash的非易失性。換句話說,Optane可以讓電腦實現真正的秒開。

在3D Xpoint之外,最近MRAM和RRAM同樣受到行業關注,甚至連曾經在記憶體行業鎩羽而歸的台積電,也計畫再次投入記憶體產業。除了台積電之外,三星、英特爾、格羅方德等也摩拳擦掌。是什麼技術讓各個半導體巨頭都想快速進入,分一杯羹呢?它們就是MRAM和RRAM。

MRAM(磁阻式隨機存取儲存器)是一種非揮發性記憶體技術,他的技術特點是就算電流關掉,記憶體中的資料也並不會消失。MRAM這種技術和我們現在常見的非易失性記憶體NAND Flash相似,但它的讀寫速度接近SRAM,同時具備NAND Flash晶片的非揮發性特質,壽命不遜色於DRAM,能耗也比DRAM低。

RRAM(可變電阻式記憶體)與MRAM一樣是非揮發性記憶體,與NAND產品相比,它的能耗更低,而且讀寫速度更是NAND記憶體的1萬倍,

具有可以取代NAND產品的可能。

目前的記憶體主要分為SRAM、DRAM、MRAM/RRAM以及NAND Flash四種,其中SRAM主要用在處理器cache緩存;而DRAM則是我們常見的電腦記憶體、顯卡顯存、手機運行記憶體等;MRAM、RRAM則是新世代的產物,NAND晶片則是固態硬碟、手機ROM、記憶體卡等產品。

其實MRAM和RRAM並不是近些年的產物,早在1990年,就有廠商開始投入開發。之所以在近些年露出曙光是因為高速運算時代到來,DRAM與CPU之間的頻寬漸漸成為運算的瓶頸;再加上摩爾定律的限制,DRAM的弊端也在被逐漸放大。在大資料與雲計算、雲存儲的時代,開發新的、具有針對性的半導體產品成為眾多企業的目標。

為了解決NAND、DRAM、CPU三者之間的瓶頸,HBN、TSV、offload運算加速器成為產業研發重心。前面講MRAM、RRAM都具有NAND的非易失性,處理器運算完成的資料可以直接存儲起來,無需再通過CPU將資料存放到NAND記憶體中,這樣可以加快運算速度,減少能耗。這也是未來記憶體發展的方向,英特爾和美光聯合開發的3D Xpoint就是最好例子。這也是為了一種半導體都想再進入記憶體產業的原因。

儘管MRAM、RRAM等嵌入式記憶體擁有相當大的潛力,但是要去代目前DRAM和NAND還是有相當難度的。按照目前的市場價格,一塊128G的固態硬碟零售價為350元,16G的Optane硬碟的價格也在350元左右,8倍的單價存儲密度還是很多人所不能接受的;而且單塊Optane的容量為16G,一般使用者使用普通固態硬碟就可以完全滿足日常使用,Optane現階段更多的是面對企業級伺服器出貨。

台積電、格羅方德等純晶圓代工廠商之所以想要進入到次世代記憶體市場,最重要的原因是晶片產業向著更高集成度的方向走,未來的記憶體可能會直接集成到處理器當中,AMD的的Fury系列顯卡就是已經有這樣的趨勢,雖然遠沒達到將全部集成到一塊晶片中,但趨勢已經是非常明顯的。

對於現今的幾大記憶體廠商三星、海力士、美光、東芝等企業來說,次世代存儲產品是一個很好的機會,但是考慮到眾多半導體企業紛紛加入,市場競爭的激烈程度可想而知,是堅守DRAM、NAND還是加入到次世代記憶體的爭奪?一切就留給時間去印證吧。

其實MRAM和RRAM並不是近些年的產物,早在1990年,就有廠商開始投入開發。之所以在近些年露出曙光是因為高速運算時代到來,DRAM與CPU之間的頻寬漸漸成為運算的瓶頸;再加上摩爾定律的限制,DRAM的弊端也在被逐漸放大。在大資料與雲計算、雲存儲的時代,開發新的、具有針對性的半導體產品成為眾多企業的目標。

為了解決NAND、DRAM、CPU三者之間的瓶頸,HBN、TSV、offload運算加速器成為產業研發重心。前面講MRAM、RRAM都具有NAND的非易失性,處理器運算完成的資料可以直接存儲起來,無需再通過CPU將資料存放到NAND記憶體中,這樣可以加快運算速度,減少能耗。這也是未來記憶體發展的方向,英特爾和美光聯合開發的3D Xpoint就是最好例子。這也是為了一種半導體都想再進入記憶體產業的原因。

儘管MRAM、RRAM等嵌入式記憶體擁有相當大的潛力,但是要去代目前DRAM和NAND還是有相當難度的。按照目前的市場價格,一塊128G的固態硬碟零售價為350元,16G的Optane硬碟的價格也在350元左右,8倍的單價存儲密度還是很多人所不能接受的;而且單塊Optane的容量為16G,一般使用者使用普通固態硬碟就可以完全滿足日常使用,Optane現階段更多的是面對企業級伺服器出貨。

台積電、格羅方德等純晶圓代工廠商之所以想要進入到次世代記憶體市場,最重要的原因是晶片產業向著更高集成度的方向走,未來的記憶體可能會直接集成到處理器當中,AMD的的Fury系列顯卡就是已經有這樣的趨勢,雖然遠沒達到將全部集成到一塊晶片中,但趨勢已經是非常明顯的。

對於現今的幾大記憶體廠商三星、海力士、美光、東芝等企業來說,次世代存儲產品是一個很好的機會,但是考慮到眾多半導體企業紛紛加入,市場競爭的激烈程度可想而知,是堅守DRAM、NAND還是加入到次世代記憶體的爭奪?一切就留給時間去印證吧。