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PRAM的复兴，会成为存储领域的一匹黑马吗？

PRAM的复兴，会成为存储领域的一匹黑马吗？

发布时间:2016-11-21

摘要：随着大数据时代的来临，人们对存储器的要求越来越高。RRAM有诸多优秀的特性，包括快速读写能力以及低读写能耗。业界一度对RRAM替代Flash内存抱有极大的希望，可是用RRAM实现容量较大的内存会遇到漏电流问题。在读取数据时，电流除了流过你想要读取数据的内存单元外，还会流过其他的RRAM内存单元，从而使得读取数据操作容易出错，另一方面也增加了读取时的能耗。 目前，初创公司Crossbar提出了RRAM漏电的解决方案，该方案可以在4Mb大小的RRAM上将读取漏电流减小到0.1nA以下。Crossbar公司的RRAM与CMOS工艺兼容，据悉已和中芯国际SMIC签署合作协议，合作在中国生产用于物联网的存储器产品。

先进存储技术一直是一个热门话题，受海量数据应用的驱动，我们对存储器的要求越来越高，希望能够以更小的功耗和面积代价，实现更大容量的存储。市场上存在着几种竞争技术，其中一种是阻变存储器（Resistive RAM, 即RRAM，有时也被成为ReRAM）。RRAM技术的原理是：在电介质上施加电压形成导电丝。RRAM有诸多优秀的特性，包括快速读写能力以及低读写能耗，还支持3D堆叠。

业界一度对RRAM替代传统Flash内存（非易失存储器）抱有极大的希望，可是用RRAM实现容量较大的内存会遇到漏电流问题。

在搭建小规模存储时（~Kb级），RRAM充分展现出其优势，包括微秒级快速读写（相比之下Flash是毫秒级，Channel Hot Electron注入效率比较低），低功耗，更细粒度的读写能力。在RRAM中， “写”是基于电压的，“读”却是基于电流的，漏电流（sneak-pathcurrent）限制了RRAM存储的规模。因为在读取数据时，电流除了流过你想要读取数据的内存单元外，还会流过其他的RRAM内存单元，从而使得读取数据操作容易出错，另一方面也增加了读取时的能耗。

小编手绘点评，欢迎在本文末留言探讨：

nTmR中T代表选择晶体管，R表示Resistor，存储位。RRAM器件转变成低阻态,即完成了写“1”的过程。

Crossbar公司，作为在RRAM领域的佼佼者，声称他们已经解决了漏电流的技术问题，并且已经将该技术量产。Crossbar公司成立于2010年，在2013年之前出于保密研发阶段，13年后杀入市场。迄今，他们已经筹集了超过 8000万美元的融资，包括去年 3500万美元的D轮融资，为他们积累了足够的信誉和资金，来加入这一竞赛。

在上个月的ARM TECHCON（ARM技术大会）上，Crossbar的营销副总裁Sylvain Dubois向笔者透露了Crossbar的可等比例缩小的RRAM方案的一些细节。

Sylvain说，到目前为止，大部分主流Foundry都拒绝集成RRAM，因为传统RRAM无法像半导体主流工艺一样等比例缩小。直到2014年IEDM会议上，Crossbar宣布了对sneakpath问题的解决方案，采用一种“场辅助线性阈值 (FAST)”的方法来大幅提高选择性。采用该方案，对一个4Mb的RRAM，商用温度范围内可靠工作1011周期条件下，可以将漏电流控制在0.1纳安以下。随着工艺特征尺寸减小，漏电流还可进一步减小。

下表中总结了ReRAM和目前主流Flash存储技术的部分性能比较：

Crossbar RRAM的一个重要特点是它与标准CMOS工艺兼容，这使得它能够单元化得嵌入到一个较大的设计中去。今年早些时候， Crossbar宣布与中芯国际SMIC在40nm工艺节点建立合作。 他们提供8Mbit参考单元的IP许可，且支持根据用户的特殊需求调整。Crossbar非常看好中国市场，特别是嵌入式和IoT应用方面的机会。这并不是唯一的合作案例，与某家主流Foundry的先进工艺节点的合作正在进行中，尚未公布具体细节。

基于到目前为止的密度测试结果，Crossbar预计可以实现每个die上集成多达TB的RRAM。如果该预期成真，无论对于嵌入式应用，还是海量存储应用，都将改写非易失存储领域的游戏规则。