中芯國(guó)際為何鎖定瞄準(zhǔn)ReRAM？

　　比NAND閃存更快千倍 40納米ReRAM在中芯國(guó)際投產(chǎn)引起業(yè)界關(guān)注!曾經(jīng)一度大舉退出內(nèi)存生產(chǎn)的中芯國(guó)際，為何鎖定瞄準(zhǔn)ReRAM?主要原因在于ReRAM應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置擁有愈長(zhǎng)的電池續(xù)航力，一來(lái)可節(jié)省維護(hù)成本、二來(lái)有助提高物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性。

　　現(xiàn)階段業(yè)界也在尋找可大幅降低物聯(lián)網(wǎng)裝置能源消耗的辦法，為此業(yè)界發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片中內(nèi)嵌“可變電阻式內(nèi)存”(ReRAM)，有助達(dá)成此一節(jié)能目標(biāo)。

　　據(jù)報(bào)導(dǎo)，若要達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的能源采用要求，需要導(dǎo)入各式節(jié)能策略，即使多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)裝置設(shè)計(jì)成可休眠或待命的模式，但再怎么說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)裝置仍有一定比例時(shí)間在運(yùn)作，因此如何節(jié)能仍是一大技術(shù)重點(diǎn)。

　　其中嵌入式內(nèi)存在協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)芯片節(jié)能上便扮演要角，因具備低功耗及低電壓操作、單體IC、快速讀寫(xiě)時(shí)間、非揮發(fā)性以及高容量等有助提升物聯(lián)網(wǎng)裝置能源效率的優(yōu)勢(shì)。

　　ReRAM不同于傳統(tǒng)Flash內(nèi)存技術(shù)，ReRAM內(nèi)存是以字節(jié)進(jìn)行尋址，能以小型頁(yè)(page)進(jìn)行建構(gòu)，因此ReRAM能夠獨(dú)立抹除及再寫(xiě)入，能夠大幅簡(jiǎn)化儲(chǔ)存控制器的復(fù)雜性。

　　ReRAM儲(chǔ)存單元通常在兩個(gè)金屬電極之間部署一個(gè)切換材料，當(dāng)施加電壓時(shí)該材料能夠顯現(xiàn)出不同的阻力特性，該切換材料及內(nèi)存儲(chǔ)存單元如何進(jìn)行組構(gòu)，就成為決定ReRAM節(jié)電性的關(guān)鍵。該切換材料為燈絲納米粒子(Filamentary nanoparticle)，以及不具導(dǎo)電性的非晶硅(a-Si)這類(lèi)簡(jiǎn)易CMOS兼容性材料。

　　例如Crossbar ReRAM技術(shù)，是基于采用對(duì)CMOS友善的材料及標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程的簡(jiǎn)易兩個(gè)終端裝置結(jié)構(gòu)所開(kāi)發(fā)，能夠輕易與CMOS邏輯電路進(jìn)行整合，且能夠以現(xiàn)有CMOS廠房生產(chǎn)，無(wú)需采特殊的設(shè)備或材料。

　　藉由低溫BEOL制程，可將多層ReRAM數(shù)組整合至CMOS晶圓之上，用以打造系統(tǒng)單芯片(SoC)及其他擁有大量3D單片內(nèi)嵌式RRAM儲(chǔ)存的芯片產(chǎn)品。因此相較于傳統(tǒng)Flash內(nèi)存，ReRAM具備節(jié)能、延長(zhǎng)壽命及讀寫(xiě)延遲等顯著優(yōu)勢(shì)。

　　在程序化效能及功耗表現(xiàn)上，ReRAM每?jī)?chǔ)存單位程序化耗能為64皮焦耳(pJ)，比傳統(tǒng)NAND Flash表現(xiàn)好上2成以上。另外更低且更可預(yù)測(cè)的讀寫(xiě)延遲，也有助藉由縮短編碼獲取或數(shù)據(jù)串流的時(shí)間，達(dá)到減少能耗的效果。

　　在系統(tǒng)層次，若能在SoC中內(nèi)建儲(chǔ)存內(nèi)存，也有助透過(guò)減少或省去對(duì)外部?jī)?nèi)存的近用，在更無(wú)需I/O操作下達(dá)到節(jié)能功效。值得注意的是，ReRAM技術(shù)是采用一項(xiàng)基于電場(chǎng)的切換機(jī)制，因此可創(chuàng)造高度可靠性及在較廣泛不同溫度情況下的高穩(wěn)定表現(xiàn)。

　　基于ReRAM能夠內(nèi)建于SoC、邏輯芯片、模擬芯片及射頻(RF)芯片等各類(lèi)可能的物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù)領(lǐng)域，將有助延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)芯片續(xù)航力達(dá)數(shù)年都無(wú)需更換電池或整顆芯片的程度。除了節(jié)能外，ReRAM也具備制程及成本效益、高穩(wěn)定及可靠性，以及單片IC整合至單芯片物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決方案的效益及技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

　　有鑒于未來(lái)幾年全球物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可望持續(xù)蓬勃起飛，若未來(lái)ReRAM技術(shù)成為全球物聯(lián)網(wǎng)芯片主流內(nèi)存解決方案，將有助除去運(yùn)算與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存之間的界線(xiàn)，有利于以數(shù)據(jù)為中心的運(yùn)算架構(gòu)發(fā)展。