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四種儲存技術下世代明星

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王宣智、STPI科技政策研究組 發表於 2018年6月19日
隨著行動裝置、物聯網應用的興起,對於節能的資料儲存與記憶體技術的需求日益增加。目前的記憶體技術以DRAM與NAND 快閃記憶體為主流,然而DRAM的讀寫速度快但無法長時間儲存資料,而NAND Flash能夠保存資料,但有讀寫的速度不佳的問題。同時兼具運算、儲存能力的下世代記憶體,如磁阻式記憶體(MRAM)、電阻式記憶體(RRAM)、3D XPoint 技術與高潛力的自旋電子磁性記憶體(STT-MRAM)等,成為下世代記憶體技術的新寵兒。

在MRAM的技術在學理上的存取速度將超越DRAM達到接近SRAM,且斷電後資料不流失,早期由Everspin公司開發,目前被視為下世代記憶體技術的重要的競爭者。在2017年,也是MRAM技術爆發的重要一年,在2017年日本舉辦的大型積體電路技術日本舉辦的大型積體電路技術、系統和應用國際研討會,格羅方德與 Everspin 公司也共同發佈了有抗熱消磁eMRAN技術,具能夠讓資料在攝氏150度的溫度下保存資料可長達十數年的22nm製程的製程技術,並預計於2017年底、2018年出投入生產。而曾經投入記憶體研發生產,但卻不敵成本高昂而退出記憶體市場的台積電,在2017年台積電技術論壇揭露其已經具備22奈米製程嵌入式磁阻式記憶體(eMRAM)的生產技術,並預定於2018年進行試產。

RRAM其優點在於消耗電力較 NAND 低,且寫入資訊速度比NAND快閃記憶體快了1萬倍,主要投入研究的廠商有美光、Sony、三星。台積電也同時於2017年台積電技術論壇宣佈具備生產22奈米嵌入式可阻記憶體(eRRAM)技術,將協同eMRAM於2018年進行試產。

3D XPoint技術的主要廠商為英特爾與美光,採用多層線路構成的三維結構,並採用柵狀電線電阻來表示0和1,原理類似RRAM。為儲存裝置的良好的替代品,具有比NAND快閃記憶體快了近1千倍,也可用於運算速度要求低的計算應用。

STT-MRAM是運用量子力學的電子自旋角動量的技術應用,具有DRAM和SRAM的高性能且低功耗,並相容現有的CMOS製造技術與製程。目前主要的投入廠商有IBM與三星、SK海力士和東芝,其中IBM和三星在IEEE發布研究論文表示已成功實現10奈秒的傳輸速度和超省電架構。
 

表一、下世代記憶體技術與主要廠商
 
儘管下世代記憶體未來有望取代部分DRAM與NAND快閃記憶體的市場,甚至取代舊有技術。但是筆者認為,隨著人工智慧、物聯網裝置與更多的資料收集與感測需求,下世代的記憶體技術首先將著眼於以新應用的需求為主,如台積電鎖定的嵌入式記憶體,並充分發揮運算與儲存二合一的優勢,進一步微縮大小,達到元件更高的市場滲透率。但是若從廠商動態來看,22奈米的eMRAM技術將於2018年年後逐漸成熟,並開始有大量的市場應用。

(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)
本文刊登於經濟日報2018/06/16)
 

 
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