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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。
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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。
延伸阅读:
Crossbar Inc.(Santa Clara, Calif.)
2010年从密歇根大学spin-off,提供全新的ReRAM存储芯片,核心技术包括银离子通过非晶硅移动形成纤维结构。ReRAM一直被认为是未来闪存的替代方案,前者能在单块芯片上存储TB数据,存取速率比后者快20倍。 www.crossbar-inc.com
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