阻变存储器(Resistive Random Access Memory,ReRAM或RRAM)作为新型存储器之一,是基于非导性材料在外加电场作用下实现高阻态和低阻态之间的可逆转换。存储原理是通过改变材料的电阻状态来存储数据。
其发展轨迹大致是,2013年,松下和Adesto分别推出180nm和130nm工艺的RRAM产品;2015年,富士通和松下共同推出4Mb容量的RRAM芯片;2017年,CROSSBAR和中芯国际推出40nm, 8Mb容量芯片,并凭此进入RRAM市场。
2018年,Adesto推出了130nm工艺的新产品,2019年,CROSSBAR和美高森美推28nm, 的eReRAM,富士通推出8Mb容量的MB85AS8MT RRAM芯片,进一步扩展了市场。2020年前后,英特尔推出22FFL工艺的eReRAM产品。
此后到2024年期间,众多公司发布了多个40nm的RRAM产品,不断推进RRAM技术。
当前影响RRAM市场动态的因素包括:
1. 随着物联网设备的广泛使用,对高效快速内存解决方案的需求不断增加。RRAM能够处理小型设备中的大量数据处理,因此满足这一需求。
2. 智能手表、健身追踪器等可穿戴技术的流行,推动低功耗高性能内存解决方案如RRAM的需求。
3. 人工智能和机器学习发展推动计算能力的界限,对更快、更高效的内存解决方案如RRAM的需求日益增长。
4. 边缘计算的重要性日益凸显,对能够实时提供快速可靠数据访问的内存解决方案如RRAM的需求不断增加。
接下来看一看国内RRAM近年来的发展动态,以此让大家了解其所受关注度。
首先是字节跳动,2024年3月,字节跳动通过其新加坡子公司PICOHEART(SG)PTE.LTD.入股昕原半导体(上海)有限公司,持股约9.51%,成为其第三大股东。这次投资旨在推进字节跳动的虚拟现实头显设备开发。昕原半导体成立于2019年,专注于ReRAM新型存储技术及相关芯片的研发,覆盖高性能工控、车规SoC/ASIC芯片、存算一体(CIM)IP及芯片、系统级存储(SoM)芯片等应用领域。
昕原半导体掌握一体化闭环技术,涵盖器件材料、工艺制程、芯片设计、IP设计和中试量产等环节,并建成了中国大陆首条先进制程ReRAM 12寸中试后道生产线,推出的“昕·山文”系列ReRAM安全存储产品已在工业自动化控制领域实现商用量产。
然后是5月份一家国外分析机构TechInsights的报道,称台积电最新的22ULL嵌入式阻变存储器(eRRAM)芯片在存储技术上取得了重要进展,芯片被应用于Nordic Semiconductor的新款nRF54L系列系统芯片中,成为低功耗无线物联网解决方案的一部分,这是台积电的第二代eRRAM产品,拥有业界首个22纳米CMOS技术,据说能与嵌入式STT-MRAM相媲美。
2023年8月,中科院微电子所刘明院士团队提出了高并行与高效能比的新型RRAM存内计算结构。在器件层面,团队提出了带权重二晶体管一忆阻器(WH-2T1R)的存算阵列结构,减小了寄生效应对计算电流的影响,降低了乘加操作功耗。在电路层面,提出了参考电流减式电流型灵敏放大器读出电路,显著降低了读出电路功耗。在算法映射层面,团队提出了高位数据冗余(MSB_RSM)的映射策略,提高了计算精度。
这些方案在团队自主开发的嵌入式28nm工艺上得到验证,RRAM存内计算结构在ResNet-18任务中的平均能效达到30.34TOPS/W,并可通过优化读出时序提升至154.04TOPS/W。研究成果发表在《IEEE Journal of Solid-State Circuits》上,叶望为第一作者,窦春萌为通讯作者。
还有亿铸科技的RRAM存算一体芯片,亿铸科技自2020年成立以来,专注于研发基于ReRAM的全数字存算一体AI大算力芯片。2023年,亿铸科技成功研发了首颗基于忆阻器RRAM(ReRAM)的高精度、低功耗存算一体AI大算力POC芯片,基于传统工艺制程,经第三方机构验证,能效比表现超出传统架构AI芯片10倍以上。
2022年11月,英飞凌宣布与台积电合作,将台积电的RRAM技术引入英飞凌新一代车用AURIX微控制器(MCU),并基于台积电的28nm制程,以此满足未来智能驾驶高读写速度和存储密度的要求。
2023年8月,后摩智能宣布完成首款可商用的RRAM大容量存储芯片的测试及应用场景开发。该款RRAM芯片在2022年下旬设计完毕并投片。该款RRAM芯片整体功耗低至60mW,支持power down模式,支持不同区域分别关断功能,支持sleep模式等,可以进一步在不同应用场景进行功耗控制。
写在最后
这些动态也在显示,RRAM技术始终在向前发展,并在多个领域得到应用。8月28日,2024年全球闪存峰会即将召开,欢迎大家来南京,了解新型存储器的动态和趋势。而且不只是全球闪存峰会,现在到未来,我们都将密切关注存储新器件的创新与突破。