3D Xpoint等下一代存儲技術成新一代存儲器市場焦點

張錦銳 2020.03.26

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當前存儲市場正處于多種技術路線并行迭代的關鍵時期。一方面，應用極為廣泛的DRAM和NAND Flash，是目前存儲市場上當之無愧的主流產品，但都面臨制程持續微縮的物理極限挑戰，未來持續提升性能與降低成本變得更加困難。另一方面，3D XPoint、MRAM（磁阻式隨機存取存儲器）、RRAM（可變電阻式存儲器）等下一代存儲技術不斷開發，取得技術突破并進入市場應用，ReRAM等技術研發布局加速開展，市場空間有待挖掘。

半導體巨擘全面下注新一代存儲器市場

全球半導體巨擘正在下一代新型存儲器市場展開強力競爭，目前英特爾、美光、三星與臺積電等半導體大廠皆已大舉投入下一代存儲器的開發。三星電子正大力發展MRAM存儲器，在韓國器興廠區率先進入大規模生產。而另一半導體巨擘英特爾則是強攻含3D XPoint技術的PRAM型存儲器。臺積電同樣重視下一代存儲器的開發，目前已具備量產MRAM及阻變存儲器（RRAM）等新型存儲器之技術。

國內前瞻布局下一代技術存儲器

雖然我國在傳統存儲器布局落后很多，但在下一代技術存儲器早已戰略布局。我國科研力量在未來存儲器的產業技術競爭扮演相當重要角色。當前中科院微電子所集成電路先導工藝研發中心研究員趙超與北京航空航天大學教授趙巍勝的聯合團隊通過研發，已經在STT－MRAM關鍵工藝技術研究上實現了重要突破，此外，中國企業在新一代存儲器領域正積極開展新型結構、材料、工藝集成的前瞻性研究。我國在下一代技術存儲器的戰略布局將助推我國參與到新一代存儲器競爭行列中，避免國外廠商的全面壟斷。

3D XPoint 和 STT-MRAM技術不斷突破，發展勢頭良好

——3D XPoint發展迅速，未來擁有巨大挖掘空間

當前標準型內存DRAM、NAND Flash 等微縮制程逼近極限，3D XPoint發展迅速，已處于領先地位。相比于NAND Flash，3D XPoint擁有較低的延遲率，在 PCIe/NVMe 接口連接的時候，擁有高10倍的性能，且使用時間會長1000倍、速度也將提升1000倍，持續讀寫次循環超過 100 萬次，這意味著這個存儲一旦裝上，在完好的情況下，可以永久使用。在大數據熱潮興起的背景下，未來3D XPoint仍面臨巨大的挖掘空間。

——STT-MRAM不斷取得重要技術突破、進入風險量產階段

從一開始的Field MRAM，進展到in-plane MRAM，而發展到如今的STT-MRAM，STT-MRAM一路從翻轉磁化方向的機制改為自旋力矩移轉控制，在密度與效能上都得到了提升，此外，在操作速度方面，STT-MRAM與SRAM與DRAM的特性較為接近，因此成為追求速度的新選項，再加上其具有非揮發的特性，已經成為眾多相關領域企業投入的重點技術。當前STT-MRAM主要應用市場包含IoT、車用、消費與行動裝置的MCU等，未來隨著其技術突破與容量的提升，STT-MRAM的應用將更為廣泛。

各大企業紛紛開展ReRAM技術研發布局

相比于NAND較慢的傳輸速度和DRAM易失性的不足，ReRAM具有電阻式隨機存取以及非易失性存儲器的特點，其在可擴展性、CMOS兼容性、低功耗和電導調制效應方面具有明顯優勢，未來前景可觀，吸引各大巨頭企業紛紛布局。ReRAM可以輕松擴展到先進工藝節點，能夠進行大批量生產和供應，并且能夠滿足神經形態計算等應用對能耗和速度的要求。當前Crossbar已經向市場推出ReRAM解決方案，該解決方案能夠實現構建3D ReRAM存儲芯片。此外，東芝、Elpida、索尼、松下、美光、海力士、富士通等廠商也在開展ReRAM的研究和生產工作。在制造方面，中芯國際（SMIC）、臺積電（TSMC）和聯電（UMC）都已經將ReRAM納入自己未來的發展線路圖中。

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