中国芯量产前夕,新式存储器大举杀入,是否出现“取代”效应?-凯发88

一支蛰伏近 20 年的新式存储器技术队伍包括 mram 、pcram 和 reram,受惠技术材料设备等环节的关键突破,正迈向大规模量产的路上,眼前,我们正处于见证存储器历史的转折点。

然而,这个时间点,也是国内存储器芯片突破“零”自制,迈向大规模生产的前夕,新式存储技术对于传统存储器 dram 、 3d nand 、 sram 会带来怎样的冲击?是否会形成“取代”效应?

英特尔 3d xpoint 横空出世,产业再燃希望

 

新式存储器可分为独立型产品,以及嵌入于逻辑工艺,用于取代部分传统的嵌入式快闪存储器 eflash 技术,而在嵌入式技术上,趋势已快速成熟中。但用于独立型存储器上,目前还有性能、成本的问题待克服。

因此,新式存储器无论是 mram pcram 和 reram 等,并不会冲击到现在国内正如火如荼发展的 dram 3d nand 芯片产业,但对于一些应用领域如云计算、物联网带动的边缘计算,加入新式存储器技术后,确实能让整个产业的发展如虎添翼。

图 | 3d xpoint(来源:英特尔)

新式存储器技术已经被提出将近 20 年,成熟之路是跌跌撞撞。直到 2015 年,英特尔的 3d xpoint 技术横空出世,被认为是类似于 pcram 的结构,整个新式存储技术才算是豁然开朗,之后几年的发展更是势如破竹。

为了替新式存储器产业添柴火,身为全球半导体龙头的应用材料针对 mram 、 pcram 、reram 推出两款机台设备:endura clover mram 物理气相沉积(pvd)机台,以及 endura impulse 物理气相沉积(pvd)机台,成为推动该产业发展的有力推手。

摩尔定律渐失效,新式存储器接棒上战场
1965 年问世的摩尔定律至今已超过 50 年,为全球电子产业写下无数里程碑历史,但走到今天,很多物联网、云计算所需要的芯片,已是摩尔定律所无法提供的。

在“万物互联”和“工业 4.0 ”时代背景下,数据呈现爆炸式的增长。举个例子,我们一个人一天约产生 1gb 数据,但是当你要开一辆无人驾驶汽车,一天产生的数据量可能高达 4000 gb ,相当于 4 千倍。

2019 年是很关键的一年,机器产生的数据已经超过了人类所产生的数据,这是人类历史上第一次;预计到 2022 年,机器产生的数据可能会是人类产生数据的9倍之多。

(来源:pixabay)

未来世界运算的逻辑是,数据来自机器的搜集,包括车、智慧城市、智能家居等,所有产生的数据都要从终端、从边缘,通过各层传输、计算,然后再到云端、到大数据中心,再计算、再返回到终端。

在这短短的时间内,排山倒海的数据量涌入后,又要源源不绝地被计算、处理,以及再传输,是非常挑战芯片效能的,且现有的计算架构早已无法满足核心需求。

过去“摩尔定律”的时代,追求把晶体管做得越来越小,目标是每 18 个月~两年晶体管数增加一倍,但随着该定律的效应递减,从 14 nm 纳米到 10 nm 纳米,可能要花上 4 年时间,从 10 nm 再往下走到 7 nm 、5 nm,则需要更长的时间。因此,越来越多人争论摩尔定律是否寿命已经到了尽头

(来源:deeptech)

 

in-memory computating 概念火起来

 

大数据时代,彰显巨大运算需求的重要性,同时也带动硬件的开发和投资的复兴。
未来也逐渐与新式存储器 mram、reram、pcram 结合来增加计算性能,并且打造“存储器计算”(in-memory computating)的基础。

往后看 10 ~ 20 年,类脑计算、量子计算都可以实现上述目标,但这些技术太过远大,如果要尽快实现 in-memory computating 的目标,至少在 5 年之内,新式存储器将扮演很重要角色。

新式存储器的原理和应用领域

 

 pcram (相变随机存取存储器),以及 reram 是叫电阻随机存取存储器,比 mram 更有吸引力之处在于,这两种新式存储技术可以跟 nand 一样,实现 3d 三维的架构。


3d 架构的好处就是可以一直堆叠,每加一层时,存储器的密度就可以增加一倍,再者,成本也可以下降,这样的特性可以做到大容量、低成本,因此用在云计算、大数据中心是非常有吸引力的。

可以说,新式存储器的应用范围很广,但若把其效益发挥至最大值,先锁定两大应用:物联网、云计算和大数据中心
要如何做到用新型的存储器来提高性能?

方法一,是把 dram 部分取代掉,因为从功耗角度, dram 有功耗到问题。再者,pcram、reram可以做 3d 架构后,在成本上具备优势。

方法二,是把 ssd 部分取代。ssd 的优势是便宜,受惠 3d nand 堆叠技术成熟,现在 128 层堆叠都要量产, 3d nand 成本越来越低,但弱点却是性能。

如果用 pcram、reram 取代部分 dram,一来同样可以实现 3d 架构,二来性能要比 ssd 好很多。

(来源:applied materials )

设备技术突破,规模化时代终于来临

 

针对大规模生产新式存储器,设备大厂的材料工程突破是关键


以大趋势观之,新式存储器的大规模量产会从嵌入式开始。迎接“数据爆炸”时代,芯片急需高计算性能,偏偏遇上摩尔定律放缓的时代,而类脑芯片、量子计算距离实现又太远,新式存储技术在磨刀多年后,遇上设备材料实现突破,正好可以赶上万物互连、海量数据计算的时代,上战场打仗。

新式存储器大规模量产之际,正好遇上国内的 3d nand 和 dram 两种传统存储器要加入国际竞争舞台一搏高下之时。虽然彼此应用领域、层面相异,但凑巧地,新旧技术同样走在历史转折的一页,互相见证全球科技产业铺成的轨迹。(摘自:deeptech深科技)

 



2019年08月16日

中国芯量产前夕,新式存储器大举杀入,是否出现“取代”效应?

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