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福建晋华风暴后的救命丹是新式存储技能?五大“芯片之城”纷招手
2020-2-18 15:40| 发布者: 曲则成江| 查看: 231| 评论: 0
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摘要 : 履历福建晋华风暴,国内积极发展的自主存储技能之路碰到庞大绊脚石,因此,MRAM、ReRAM、PCM等新式存储技能再度被拱上台面,日前一座授权自IBM的MRAM技能12寸厂,先后有合肥、上海、深圳、南京、天津等五大都会“招 ...

履历福建晋华风暴,国内积极发展的自主存储技能之路碰到庞大绊脚石,因此,MRAM 、 ReRAM 、 PCM 等新式存储技能再度被拱上台面,日前一座授权自 IBM 的 MRAM 技能 12 寸厂,先后有合肥、上海、深圳、南京、天津等五大都会“招手”,俨然成为各大都会打造“芯片之城”的热门项目,然而,新存储技能难度非常高,这会是国内芯片财产是救命丹?照旧另一个巨额赌注?

比年来 IBM 成为国内多个新式存储项目标技能母厂,本来合肥已经抢到授权自 IBM 的 MRAM 技能 12 吋厂项目,与现有的 DRAM 项目合肥长鑫、晶圆代工项目合肥晶合形成半导体财产铁三角,让合肥打造“芯片之城”的野心毕露,该新公司更取名为 HeFei Memory( HMC )。但不测的是,末了杀出上海、深圳、南京、天津等大都会也急欲劫掠这个 MRAM 项目, HMC 项目换了落脚地后,新公司的名称大概要跟着“改姓”!

面前,主流的两大存储技能 DRAM 和 NAND Flash 已经被国际大厂牢牢把握在手上,尤其 DRAM 技能是美光(Micron)、三星电子(Samsung Electronics)、SK 海力士(SK Hynix)三巨头寡占,因此福建晋华发展 DRAM 自有技能的火苗才刚刚有一点结果,这三大巨头都亟欲“捻熄”,深怕这利润丰厚的封闭市场被“第四者”入侵!


(泉源:麻省理工科技批评)

NAND Flash 财产的供应商比力多,除了上述的三家外,另有英特尔(Intel)、东芝(Toshiba)、西部数据(WD)、 SanDisk 等,但 NAND Flash 技能也都是国际大厂急欲掩护的稀世珍宝,国内的长江存储自主 NAND Flash 技能已经研发乐成,在研发初期即非常器重知识产权的议题,因此得以避开国际大刀。

主流存储之路波折满布,MRAM 、 ReRAM 、 PCM 等新存储技能仰面

面临国际大厂以“嗜血”般的态度紧盯着国内主流存储技能的发展,另一股权势:新式存储技能再度被提起,包罗 MRAM 、 ReRAM 、 PCM 等。

国内新式存储技能已经形成不少阵营,像是上海磁宇,以及海康威视旗下的海康驰拓都致力于 MRAM 技能开辟。上海磁宇投入 40nm 的高密度垂直布局磁性随机存储器 pSTT-MRAM 技能,其团队来自于 MRAM 技能大本营 Everspin 和 TDK,且同时投入独立式(standalone)和嵌入式(embedded)两种技能和市场计谋。

上海磁宇董事长武平是展讯的首创人 ,而中国科学院上海微体系与信息技能研究所所长王曦也是上海磁宇的董事之一。

另一家海康驰拓是中电海康旗下从事 MRAM 新存储的企业。海康驰拓的前身是中电海康研究院磁旋存储奇迹部,2015 年 12 月该奇迹部正式注册建立为浙江海康驰拓,成为中电海康团体旗下独立子公司。


(泉源:中电海康官网)

海康驰拓专注 MRAM 存储技能发展,团队来自高通(Qualcomm)、西部数据等浩繁半导体国际大厂,现在基于芯片计划和工艺计划两块投入研发,并于 2017 年初投入 13 亿元启动研发基地。

由于 MRAM 技能特性,前段工艺必要与逻辑技能的半导体厂互助,行业内人士透露,海康驰拓本来筹划前段工艺技能是和中芯国际互助,但厥后该贸易模式有变革。

在关键的 MRAM 研发机台上,海康驰拓是与半导体装备龙头应用质料(Applied Materials)互助,应材对于新式存储技能研发的投入非常积极,提供针对 STT-MRAM 技能的差别装备给客户选择接纳。

新式存储技能阵营开始绽放,成为“芯片之城”的新标的

值得留意的是,除了上海磁宇、海康驰拓之外,另有一家授权自 IBM 的 MRAM 技能团队,也积极在国内打造一座专弟子产 MRAM 技能的 12 寸晶圆厂,先后有不少都会“招手”,包罗合肥、上海、深圳、南京、天津等。

行业内人士透露,该座 MRAM 新厂初期是筹划落户在合肥晶圆代工厂晶合的第二期工程厂内,厥后上海、深圳等一线都会纷纷招手,该团队也转到这些地方评估,末了连南京这座拥有台积电、紫光团体两大重量级半导体厂的都会,也参加夺取 MRAM 落户的行列。

近期最新讯息指出,天津也积极向这个来自 IBM 技能的 MRAM 存储项目招手。以此来看,各地方当局追逐投资半导体已然成为一股高潮,只为争取新一代“芯片之城”的称呼,而在此当中,新式存储技能俨然成为最新标的。

另一个新式存储候选人是相变革影象体(PCM)技能,这个曾经被业界视为非常难实践,乃至一度传出险些被放弃的技能,比年来又火红起来,归功于英特尔 ( Intel ) 和美光 ( Micron ) 于 2015 年推出的 3D XPoint 新型态存储技能,被视为是 PCM 技能的一种。

英特尔与美光的 3D XPoint 技能燃起盼望,PCM 技能死灰复燃

不光是技能开辟,英特尔、美光也将该技能导入商用化。英特尔接纳 3D XPoint 技能打造 Optane 品牌,与微软、 IBM 互助将该技能导入伺服器等产物线,同时也导入 SSD 进入消耗市场。

美光的 3D XPoint 技能则是建立另一个品牌,名为 QuantX,但该产物线的进度不停在推迟。再者,英特尔、美光已经公布在 NAND Flash 技能等互助上分道扬镳,其 3D XPoint 技能后续的发展也令人关切。


(泉源:麻省理工科技批评)

然提到 PCM 技能必须一提的是,国内也有一家从事 PCM 技能研发和生产的企业:江苏期间芯存半导体。期间芯存建立于 2016 年,技能泉源也是 IBM 的 PCM 技能,该项目总投资 130 亿元,规划年产能 10 万片,第一期投资 43 亿元,该厂房也在客岁底封顶。

从上海磁宇、海康驰拓、江苏期间芯存,以及另一支授权自 IBM 的 MRAM 技能团队积极探求崛出发点,乃至另有数个还未浮上台面的新项目可以看出,积极投入 MRAM 、 PCM 这类的存储技能已成为新一代“中国芯”的盼望!

新式存储技能较少知识产权包袱,但技能、商用化门槛非常高

新式存储技能非常迷人,由于随着摩尔定律放缓,人们不停寻求 DRAM 和 NAND Flash 的替换品。再者,这块范畴不像主流的存储技能,到处都被国际大厂的知识产权钳制,新进者发展起来比力没有包袱。

然而,无论是 MRAM、 PCM,或是 ReRAM 等技能,难度门槛非常高,而商用化会是另一道门槛。

许多国际大厂固然有这些技能,却没有导入商用化,而是把技能卖给其他公司,这是为什么?由于他们很清晰这些技能要商用化,是一条更难的门路,因此不本身生产,而是选择“卖技能”让别人生产。由此可知,要非常警惕新式存储技能的两面刃:救命丹与钱坑。

谁是 DRAM 、 NAND Flash 交班人?该题目争论数十年

我们一样平常生存中,无论是盘算机、手机等都被主流的 DRAM 和 NAND Flash 技能和产物围绕,新式存储技能看似是一个全然生疏的范畴,但由于 DRAM 、 NAND Flash 技能都在迫近摩尔定律的止境,因此必要新的技能和质料来刺激财产往前,新式存储技能因此成为核心。

在评论新式存储技能前,先简朴复习一下,非挥发性存储技能(Non-Volatile Memory)和挥发性存储技能(Volatile Memory)的差别。

我们最常听到的 DRAM 就是属于挥发性存储技能的代表,意思是当电流停止,存储的资料便会消散,其他如 RAM、 SRAM 等也都是挥发性存储技能。

相反地,非挥发性存储技能是指当电流关掉,所储存的资料并不会消散,这类的存储技能包罗 NAND Flash 、 EEPROM 、 ROM 等,以及多数的新式存储技能包罗磁阻式随机存取影象体 MRAM 、可变电阻式随机存取影象体(ReRAM)、相变革随机存取影象体(PCM)、铁电随机存取影象体(FRAM)等都是属于非挥发性存储阵营。


(泉源:IEEE门生简报)

新式存储技能实在履历了凌驾十年的技能较量,比年来,MRAM 技能算是最被看好的一支。

MRAM 技能的根本布局是由上、下两层的铁磁性板形成,称为“磁性隧道结”,一层是磁自旋方向固定的钉扎层,另一个是自由层,其铁磁性板的自旋方向会随着在外加应力而改变,假如自由层的自旋方向和钉扎层的自旋方向同等,则隧道层处在低电阻的状态,反之则是高电阻状态,MRAM 的原理就是使用这种“磁性隧道结”的电阻变革来到达储存目标。

各种新式存储技能相争多年,MRAM 会在这一波潮水中突围,由于其长处是存取速率靠近 SRAM,且具备 NAND Flash 的非挥发性特性,其容量密度也不输给 DRAM,而均匀能耗远低于 DRAM。不外,MRAM 的磁性隧道结的布局理论上看似简朴,但涉及非常多的物理学知识,研发难度非常高,纵然研发乐成,要导入商用化也是另一个挑衅。

MRAM 技能可分为传统的 MRAM 和 STT-MRAM 两大类,前者接纳磁场驱动,后者接纳自旋极化电流驱动。

另一项新型的非挥发性存储技能是 PCM,也称为 PRAM(Phase-change RAM),也就是上述英特尔、美光、期间芯存所投入的技能。

PCM 技能雷同于三明治的布局,通过热能的变化,让相变质料在导电的低电阻结晶与非导电的高电阻非结晶之间转换,而中心是用与光碟质料相似的 GST 作为相变层,使用这个高低阻态的变革来存储差别的数值。

PCM 的长处是读写速率快、耐用、非挥发性等,读取速率大幅快于快闪影象体,而 PCM 写入次数也远高于快闪影象体。

已往 PCM 受限于本钱过高和储存有限,一个储存单元(cell)仅能存 1 个 bit,难以应用于电脑和举措装置上,仅被用在蓝光光碟,厥后 IBM 研发出的 PCM 技能是每储存单元可存 3 个 bit,且不受四周温度影响,大幅度提拔 PCM 现实应用于贸易的大概。

ReRAM 也有不少支持者,与 PCM 的原理布局有相似之处,是由上下两层金属电极和中心一层过渡金属氧化物构成,使用过渡金属氧化物的阻值,会随着所加偏压改变而产生差别的阻值,若双极性(bipolar)的质料,施加一个方向的电压可由高电阻转酿成低电阻,施加反方向的电压则可以由低电阻转酿成高电阻,而电阻值可以或许在高低之间稳固地转换,作为储存数位资讯的前言。长处是操纵电压低、存储的资料单元面积小、写入速率比 NAND Flash 快。

新式存储技能的迷人之处是有着代替 DRAM 和 NAND Flash 两大主流技能的好梦。然从另一个角度观察,新式存储技能也是半导体财产中,旧权势巨子(三星、 SK 海力士、美光、英特尔、东芝等)和新权势之间的角力比赛。

这些掌控旧有权势的大厂,虽也早早投入新存储技能的开辟,但这块比力不像 DRAM 和 NAND Flash 的专利、知识产权都被国际大厂束缚住,但不得不留意的是,无论 是 MRAM 、 PCM 、 ReRAM 等,技能难度都非常高,这黑白常实际的议题。

福建晋华的风暴越滚越大,让国内担心芯片自主开辟一起,恐碰到空前拦阻,因此新式存储技能之路再度被提起,在这块范畴上,国内业者多数是与国际大厂作技能授权,走出一条正当合规的门路。

然而,许多国际大厂固然有这些技能,却选择把技能卖给其他公司去举行商用化,而非本身导入商用化,由于他们很清晰这些技能要到达商用化,乃至是红利的目的,是一条更难的门路。

新式存储技能对于国内芯片财产毕竟是新的救命丹?照旧另一个钱坑?如今很难断定,走上这条路固然可以避开主流存储技能上,国际大厂的知识产权权拦阻,但必须非常警惕判定,否则,这只会成为国内芯片财产的另一个可骇的“钱坑”。


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