发布日期：2024-07-04 07:11     点击次数：94

人工智能和5G等应用极大地增加了数据量，并导致存储需求激增。结果，半导体工业转向开发具有高容量、更快速度和更低功耗的新存储器。物联网、人工智能、5G、工业4.0和其他应用正在推动信息量的爆炸式增长。所有数据必须在边缘收集，并从边缘到云在多个级别进行处理、传输、存储和分析。为了应对如此巨大的数据存储和传输需求，在传统存储器如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和与非门闪存(与非门闪存)逐渐过载、传统存储器缩小的过程变得越来越困难的情况下，半导体产业正在被驱动去开发具有更高存储效率、更低成本和缩小过程能力的新存储器。人工智能/5G的新应用刺激了新记忆的发展人工智能、5G、物联网和工业4.0等发展导致信息量爆炸式增长，必须在边缘收集信息，然后从边缘到云在多个层面进行传输、处理、存储和分析，将大量信息转化为有价值的信息。这一趋势不仅带来了全新的计算需求，也带来了数据量的急剧增长。对高容量、高读写次数和更快读写速度的存储器的需求也在明显增加。因此，磁阻随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)和相变随机存取存储器(PCRAM)等新兴存储器相继出现。工业研究所电子与光电子研究所所长吴志毅(图1)表示，5G和人工智能时代即将到来，产生的数据量越来越广泛，因此将会有更大的存储需求。对更快计算效率的需求意味着存储器读取速度也会加快。因此，5G和人工智能的出现推动了内存向更大容量和更快读取速度的发展。因此，主要的内存公司已经开始加速并投入更多的资源来开发新的内存。能够突破现有计算限制的下一代内存将在未来发挥更重要的作用，未来将能够取代目前主流的三种内存产品(分别是动态随机存取存储器、闪存和静态随机存取存储器)。 吴志毅解释说，新兴存储器已经成为当前半导体行业的主要目标。除了希望开发具有更大存储容量和更好读写效率的存储器来满足未来5G、人工智能、物联网等新应用的存储和高速计算需求之外，还有一点是传统存储器目前在工艺小型化方面面临困难(例如，小于1×纳米的工艺小型化将需要更多的时间和成本)。结果，半导体行业开始增加对新兴存储器的研发和投资。应用材料半导体企业集团金属沉积产品部全球产品经理周春明(图2)指出，人工智能和大数据驱动的新计算需求，加上摩尔定律(Moore law)的缓慢扩张，导致了硬件开发和投资的复苏。各种规模的企业都在竞相开发新的硬件平台、架构和设计，以提高计算效率。例如，MRAM、RRAM和PCRAM等新存储技术的兴起是芯片和系统设计师致力于研究的一个关键领域。这些新的内存提供了更多的工具来增强近内存计算，也是下一阶段内存计算的构建模块。新的内存技术有望为边缘和云设备提供比现有内存技术更好的功耗、性能和区域成本效益。MRAM满足制造工艺小型化，具有良好的推广潜力新兴的记忆如雨后春笋般涌现，其中MRAM最受欢迎，这也是主要制造商积极投资的原因。除了更好的存储性能之外，更重要的是，当前的处理器(CPU)进程正在不断向小型化方向发展，以满足高速计算的需求。然而，嵌入在这些处理器中的存储器(例如与非门闪存和静态随机存取存储器)逐渐不能实现更小的管芯尺寸。因此，具有高存储效率并且还能够满足小型化制造工艺要求的MRAM被认为是有吸引力的存储解决方案。全球铸造厂(GlobalFoundries)尖端eNVM的高级总监马丁·梅森(Martin Mason)表示，嵌入式内存行业目前正处于一个转型时期。28纳米节点可能是电子闪存的最后一个经济高效的节点。28纳米后，eFlash很难使其制造工艺小型化，这需要大量时间和成本。因此，在28纳米之后，存储器行业开始寻找新的嵌入式非易失性存储器技术，以适应各种创新和快速增长的低功耗应用/设备(例如物联网)梅森进一步解释说，有许多新的非易失性存储器技术，但仍有许多挑战需要克服。例如，通过改变介电电阻来存储数据的RRAM，是许多研究和发展的主题。然而，低于28纳米的工艺也面临挑战(低于28纳米的工艺尚未成熟)，因此限制了其大规模生产和采用。至于PCRAM，它也缺乏低于28纳米的原始设备制造商支持，这限制了它的采用。相比之下，MRAM是由许多合同制造商和内存制造商开发的，这大大提高了它的受欢迎程度和采用率。例如，该公司将FDX与MRAM合并，以获得更高的功率优势、更低的功耗和更小的尺寸。周春明指出，计算机行业正在构建物联网，其中数百亿台设备将具备内置传感器、计算和通信功能，以监控环境、做出决策并向云数据中心传输重要信息。就存储物联网设备的软件和人工智能算法而言，MRAM已经成为存储存储器的首选之一。周春明解释说，MRAM使用硬盘中常见的精密磁性材料，这种材料固有的快速性和非易失性，即使断电也能保存软件和数据。由于其快速和高元件容差，MRAM最终可能被用作三级高速缓存中静态随机存取存储器的替代品。MRAM可以集成到物联网芯片设计的后端互连层中，从而实现更小的晶粒尺寸和降低成本。根据应用材料提供的数据，研究表明用集成MRAM解决方案代替微控制器中的闪存和静态随机存取存储器可以节省高达90%的功耗。如果使用单个晶体管MRAM代替六个晶体管静态随机存取存储器，可以实现更高的位密度和更小的芯片尺寸。功耗和面积成本的这些优势使MRAM成为边缘设备的理想选择。吴志毅表示，5G和人工智能的崛起让内存行业更加渴望拥有更高容量和更快速度的存储技术。当认为现有的静态随机存取存储器、动态随机存取存储器和其他存储器不足以满足未来的应用需求时，它自然会寻求更快、更大容量和更高效的新兴存储器。这是一个不可避免的趋势。基于此，MRAM已经引起了所有主要行业的关注，并将在中央处理器中取代静态随机存取存储器。吴志毅指出，与现有的静态随机存取存储器相比，MRAM不仅读写速度快，更重要的是，读写次数大幅增加(估计可以达到一万亿次)，这也是主要制造商希望用MRAM取代静态随机存取存储器的原因之一。人工智能和5G在未来的应用将产生越来越多的数据，处理器读取的数据量将明显增加。它可能需要每秒读写1000次和10000次。然而，旧存储器(如闪存)的最大缺点是读写次数有限。假设最大读写次数只能达到10，000次，当应用于通用串行总线时，普通用户可能感觉不到太多，因为通用串行总线需要很长时间才能使用10，贴片陶瓷电容(MLCC)贴片电容采购平台 000次以上。然而，如果它用于处理器，如中央处理器，这显然是不够的。随着未来各种5G和人工智能应用的兴起，处理器读写的数据量只会增加和减少，每秒的数据读取次数可能会达到数千或数万次。因此，旧存储器的数据读写限制显然不能满足未来应用的需要。因此，能够满足制造工艺小型化、存储容量大、读写次数明显增加的MRAM成为新的选择。简而言之，除了上述存储效果更好、读写次数更高之外，还可以满足未来新兴的人工智能和5G应用。更重要的是，今天的半导体工业继续朝着小型化的目标前进。然而，现有存储器在工艺小型化方面面临巨大挑战。因此，MRAM被认为是有望取代这些记忆的一个组成部分。因此，它引起了内存和晶圆代工行业的关注，并积极投入开发，成为未来最具大规模开发潜力的新兴内存。根据人工智能云计算，FRAM//RRAM有自己的优势。除了上述因其满足工艺小型化要求的能力而成为半导体行业研发的关键新兴存储器的MRAM，其他新兴存储器技术如FRAM、RCRAM、RRAM等。也在不断发展。FRAM使用铁电薄膜作为电容器来存储数据。它具有只读存储器(只读存储器)和随机存取存储器(随机存取存储器)，并且具有高速写入、高容差、低功耗和抗篡改的优点。目前，FRAM已被用于小容量和频繁的数据写入应用，包括办公自动化设备，如适用于计数器和打印记录的MFP设备，或适用于存储参数和数据记录的办公自动化设备。适用于交易历史记录、仪表、汽车导航系统和基础设施音频设备的金融终端或自动柜员机终端。目前，富士通是主要内存公司中最积极参与FRAM发展的公司。富士通指出，其FRAM采用压电晶体结构(图3)，这通常被用作典型的铁电材料。锆和钛作为两个稳定点存在于晶格中，它们可以根据外部电场在两个点之间移动。一旦位置设定好，即使电场再次出现，它也不会再移动。顶部和底部电极设置有电容器。然后，电容器将底部电极电压和极化划分到磁滞回线之外。数据存储为“1”或“0”。简而言之，FRAM的特色可以分为以下三点:1.当施加磁场(锆/钛离子在晶体中上下移动)时，极化发生。2.即使在没有磁场的情况下，也可以保持电极。3.这两种稳定状态存储为“0”或“1”。与传统存储器相比，FRAM还具有以下优势:非易失性、不上电存储存储信息、不需要电池(环保产品)、更高的写入速度、可重写性、不需要擦除指令、不需要擦除/写入操作的等待时间、写入周期时间等于读取周期时间、更高的耐久性、更低的功耗以及不需要加压电路。至于PCRAM和RRAM，周春明表示，随着数据量的指数级增长，云数据中心也需要在数量级上提高连接服务器和存储系统的数据路径的速度和功耗。RRAM和PCRAM是快速、非易失、低功耗的高密度存储器，可用作“存储级存储器”，填补服务器动态随机存取存储器和存储存储器之间日益扩大的价格和性能差距。据报道，RRAM是由新材料制成的，这种材料就像保险丝一样，可以在数十亿个存储单元中选择性地形成细丝来代表数据。相变存储器使用光盘中的相变材料，通过将材料的状态从非晶态改变为晶态来编程。换句话说，通过精确控制晶片上的元件，可以显著提高功耗、性能和面积成本(PPAC)。与3D与非门存储器相似，RRAM和PCRAM以3D结构排列，存储器制造商可以为每一代产品增加更多的层，以稳定降低存储成本。RRAM和PCRAM还提供了编程和电阻率中间阶段的可能性，允许每个存储单元存储多位数据。简而言之，PCRAM和ReRAM技术都具有包含易受薄膜成分和降解降解影响的多元素材料的结构堆。两者都是高密度存储器应用的候选技术。与动态随机存取存储器相比，RRAM和PCRAM都承诺在未来大幅降低成本，并且读取性能比与非门和硬盘驱动器快得多。此外，PCRAM或RRAM的存储级内存可以提供10倍以上的访问速度，使这些内存成为云数据克服人工智能操作相关数据移动瓶颈的首选。因此，PCRAM和RRAM都有半导体公司积极参与开发。例如，英特尔推出的Optane内存属于PCRAM的范畴。总而言之，人工智能、5G、物联网和工业4.0等发展已经导致信息量的爆炸性增长。新的计算要求推动了内存向更高容量、更高读写时间、更快读写速度和更低功耗的方向发展。与传统存储器相比，新兴存储器除了满足上述要求外，还可以实现进程小型化。因此，半导体行业积极投资于新兴存储器的开发，并有望在未来取代动态随机存取存储器(DRAM)、闪存(闪存)和静态随机存取存储器(SRAM)。亿配芯城 - 电子元器件网上商城，提供上1400万种电子元器件采购、集成电路价格查询及交易，集成芯片查询，保证原厂正品，是国内专业的电子元器件采购平台，ic网，电子市场网，集成芯片，电子集成电路，ic技术资料下载，电子IC芯片批发，ic交易网，电子采购网，电子元器件商城，电子元器件交易，中国电子元器件网，电子元器件采购平台，亿配芯城

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