儲存行業即將變天!內存硬盤或將合二為一

多年來,內存和硬盤一直各司其職,井水不犯河水;作為易失性存儲介質的內存雖然有著極高的傳輸速率,但其斷電後數據即丟失的特點也讓其無法脫離硬盤獨立存在!雖然大家早已習慣了這樣的組合,但各大半導體巨頭卻一直未曾放棄過在探尋致力於消除內存與硬盤之間的鴻溝的探索!

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而有一種方案綜合了RAM內存、NAND閃存的優點,可以兼做內存和硬盤,被喚作MRAM(磁阻式隨機訪問內存);包括Intel、IBM、三星、海力士、東芝、TDK等眾多大廠在內的半導體巨頭都研究了多年;而最近,Intel終於宣佈他們的MRAM已經準備好大規模量產了!

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簡單來說,MRAM存儲技術和NAND閃存類似,都是非易失性的,也就是斷電後不會丟失數據,其寫入速度可以達到NAND閃存的數千倍,建立時間(settling time)可達1ns,比目前DRAM內存的理論限制還要好;同時很關鍵一點在於,它對製造工藝要求較低,這意味著在傳統DRAM工藝升級越來越難的情況下,MRAM卻可以實現輕鬆迭代,良品率也更高,同時成本也將得到更有效地控制。

Intel即將量產的MRAM就採用了相當成熟的22nm FFL FinFET製造工藝,良品率居然超過了99.998%!對於一種很全新存儲技術來說相當不可思議。

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按照Intel給出的技術規格來看,這種MRAM的每個存儲單元面積為0.0486平方微米、容量7Mb,讀取時間0.9V電壓下4納秒、0.8V電壓下8納秒,寫入時間-40℃下也有10微秒,寫入壽命不低於一百萬。可以說壽命是相當長了,標準耐受溫度範圍-40℃到125℃;並且Intel工程師強調,即便放置在200℃高溫下數據完整性也能保持10年之久。

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不過,至於MRAM具體什麼時間投入規模量產,將用於何種產品之上,Intel一概未透露;無獨有偶!三星電子近日也對外宣佈,已經全球第一家商業化規模量產eMRAM(嵌入式磁阻內存),而且用的是看上去更“老舊”的28nm FD-SOI(全耗盡型絕緣層上硅)成熟工藝,可廣泛應用於MCU微控制器、IoT物聯網、AI人工智能領域。

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同時三星指出,基於放電存儲操作的eFlash(嵌入式閃存)已經越來越難以進步,SLC、MLC、TLC、QLC、OLC一路走來,密度越來越高,但是壽命越來越短,主控和算法不得不進行越來越複雜的補償,恐難以為繼!

eMRAM將成為極佳的替代者,因為它是基於磁阻的存儲介質,擴展性非常好,在非易失性、隨機訪問、壽命耐久性等方面也遠勝傳統RAM。

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可以預見的是,28nm FD-SOI工藝的eMRAM可以帶來前所未有的能耗、速度優勢。由於不需要在寫入數據前進行擦除循環,其寫入速度可以達到eFlash的1000倍,而且電壓、功耗低得多,待機狀態下完全不會耗電,因此能效極高。

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另外,eMRAM可以輕易嵌入工藝後端,只需增加少數幾個層即可,因此對於前端工藝要求非常低,可以輕易地使用現有工藝生產線進行製造,包括Bulk、Fin、FD-SOI晶體管。

最後,三星還表示年內將擴大其高密度非易失性存儲器解決方案的選擇範圍,並將1Gb(128MB)容量的eMRAM芯片流片。可以預見的是,如果基於MRAM技術的存儲設備以後大規模的量產應用,將進一步提高電子設備的集成度,甚至一些現有的硬件規格都要隨之做出改變,比如主板去掉硬盤接口只留下內存接口或採用更新的接口等等。


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