存儲(chǔ)界未來的希望RRAM

什么是RRAM?

百度百科給出的解釋是：RRAM是一種“根據(jù)施加在金屬氧化物(Metal Oxide)上的電壓的不同，使材料的電阻在高阻態(tài)和低阻態(tài)間發(fā)生相應(yīng)變化，從而開啟或阻斷電流流動(dòng)通道，并利用這種性質(zhì)儲(chǔ)存各種信息的內(nèi)存”。簡單來說RRAM是一種新型電腦存儲(chǔ)器，它基于一種新的半導(dǎo)體材料，依賴于溫度和電壓來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

RRAM通過允許或者拒絕電子流過，相應(yīng)地代表數(shù)字“0”或者“1”。RRAM可以完成傳統(tǒng)的硅材料無法完成的工作，例如：分層時(shí)位于新型三維（high-rise）芯片的晶體管的頂部。它是智能手機(jī)和其他移動(dòng)電子設(shè)備的理想材料，因?yàn)楣?jié)能對(duì)于這些產(chǎn)品來說很重要。

RRAM及其制造的半導(dǎo)體允許芯片堆疊在彼此之上，使得存儲(chǔ)器和邏輯組件以不能復(fù)制的方式靠近在一起。這些3D“高層”芯片可以解決大數(shù)據(jù)處理延遲，同時(shí)延長未來移動(dòng)設(shè)備的電池壽命，提供更快，更高能效的解決方案。但是RRAM材料需要多少溫度才會(huì)導(dǎo)致開關(guān)目前還是未知因素。

由于沒有辦法測量由電力產(chǎn)生的熱量，研究人員使用微熱級(jí)的熱板狀裝置加熱RRAM芯片。通過監(jiān)測電子何時(shí)開始流過RRAM材料，團(tuán)隊(duì)能夠測量材料形成導(dǎo)電通路所需的溫度，并驚喜地發(fā)現(xiàn)其最佳工作溫度范圍在80°F和260°F（26.7和126.7℃）之間，遠(yuǎn)低于此前估計(jì)的1160°F（626.7℃）。因此，未來的RRAM器件將需要更少的電力來產(chǎn)生這些溫度，使得它們更節(jié)能。

光明的未來

存儲(chǔ)器在我國有巨大的市場需求，在我國集成電路市場產(chǎn)品中，存儲(chǔ)器占近1/4的份額，而且近幾年我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)近幾年保持良好發(fā)展態(tài)勢(shì)，已占據(jù)全球市場的1/3。過去一年RRAM價(jià)格飛漲，并且市場對(duì)未來幾年銷售預(yù)期十分樂觀，吸引了各大廠商的眼球。

RRAM之所以能獲得市場的青睞，很大一部分原因在于它具有速度快、可靠性高、非揮發(fā)、多值存儲(chǔ)和高密度的特性，這些存儲(chǔ)特性能滿足現(xiàn)在新興應(yīng)用領(lǐng)域的需求。在Flash和DRAM速度差距大，導(dǎo)致“存儲(chǔ)墻”和“功耗墻”等問題產(chǎn)生，而且信息存儲(chǔ)于計(jì)算分離，成為大數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性瓶頸的情況下，RRAM無疑是廠商們的最好選擇。

不能忽略的缺陷

我們?cè)诳吹絉RAM巨大優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也不能忽略RRAM存在的一些問題，它面臨著機(jī)理不清、漲落大、可靠性不足、工藝集成問題和模擬阻變特性優(yōu)化等問題。在RRAM可靠性與表征的研究中同樣存在著挑戰(zhàn)：如在RRAM器件中，需要考慮瞬態(tài)測量、循環(huán)次數(shù)測試、微觀原位表征;另外在RRAM陣列中存在著自動(dòng)測試方法和讀取速度的困擾。

RRAM技術(shù)商業(yè)化

近日，美國芯片設(shè)計(jì)商Rambus宣布與中國存儲(chǔ)器解決方案供應(yīng)商兆易創(chuàng)新（GigaDevice）合作建立一個(gè)在中國的合資企業(yè)Reliance Memory，以實(shí)現(xiàn)電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）技術(shù)的商業(yè)化。

作為國內(nèi)Nor Flash的領(lǐng)頭羊，兆易創(chuàng)新這兩年在存儲(chǔ)方面的投入巨大，他們一直在推進(jìn)和合肥的項(xiàng)目合作，這次和Rambus的合作，或許是可以看成其布局未來的一個(gè)籌碼。

Rambus公司創(chuàng)建于1990年三月，創(chuàng)始人是畢業(yè)于伊利諾斯大學(xué)的Mike Farmwald博士和畢業(yè)于斯坦福大學(xué)的Mark Horowitz博士。公司也是起步于一家不起眼的微電子公司，和業(yè)界的無數(shù)普通小公司一樣，經(jīng)歷了一路艱辛，99％的這種小公司不是瀕臨倒閉就是被大公司兼并，Rambus公司也不例外，沒有人會(huì)想到它能掀起驚濤駭浪。

但接下來的幾十年中，他們通過大力投入研發(fā)，積累了2500項(xiàng)專利。該公司在2015年開始重組，自那之后該公司將業(yè)務(wù)擴(kuò)展至晶片設(shè)計(jì)以外領(lǐng)域，授權(quán)公司出售自己的品牌及由供應(yīng)商生產(chǎn)的授權(quán)芯片。

在過去二十年， Rambus憑借其DDR、SDRAM技術(shù)在芯片行業(yè)占據(jù)壟斷地位，但之后，這些技術(shù)都陸續(xù)與其它公司達(dá)成授權(quán)，且這些技術(shù)也隨科技進(jìn)步而被遺忘。10年前由于英特爾(Intel)錯(cuò)失行動(dòng)通訊的時(shí)機(jī)，Rambus的技術(shù)也隨之被邊緣化。

近期，Rambus將技術(shù)拓展至數(shù)據(jù)中心(data center)和移動(dòng)設(shè)備(mobile)所使用芯片，更貼近利基市場。同時(shí)，也強(qiáng)化電子安全(cyber security)部門。Rambus企圖在data center研究領(lǐng)域占有一席之地。兆易創(chuàng)新這次和他的合作，或許能為他們的未來帶來無限可能。