ฮอเร็กซ์ กรุ๊ป
November 17, 2020
HOREXS เป็นหนึ่งในผู้ผลิต PCB พื้นผิว IC ที่มีชื่อเสียงในประเทศจีนซึ่งเกือบทั้งหมดของ pcb ใช้สำหรับแพ็คเกจ IC / การทดสอบการประกอบ IC
หน่วยความจำรุ่นต่อไปหลายประเภทกำลังเพิ่มขึ้นหลังจากการวิจัยและพัฒนาหลายปี แต่ยังมีความทรงจำใหม่ ๆ เพิ่มเติมในกระบวนการวิจัย
ปัจจุบันความทรงจำรุ่นต่อไปหลายอย่างเช่น MRAM หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส (PCM) และ ReRAM กำลังจัดส่งในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่งความทรงจำใหม่ต่อไปบางส่วนเป็นส่วนเสริมของเทคโนโลยีเหล่านี้เทคโนโลยีอื่น ๆ ใช้เทคโนโลยีใหม่ทั้งหมดหรือเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมเช่นการประมวลผลใกล้หรือในหน่วยความจำซึ่งทำให้งานประมวลผลอยู่ใกล้หรือภายในหน่วยความจำการผลักดันสิ่งเหล่านี้ออกจาก R&D เกี่ยวข้องกับการเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคและธุรกิจหลายประการและไม่น่าเป็นไปได้ที่ทุกคนจะประสบความสำเร็จแต่บางคนมีแนวโน้มที่ดีและอาจมีเป้าหมายที่จะแทนที่ DRAM, NAND และ SRAM ในปัจจุบัน
ประเภทหน่วยความจำใหม่ถัดไป ได้แก่ :
FeFET หรือ FeRAM: หน่วยความจำเฟอร์โรอิเล็กทริกรุ่นใหม่
Nanotube RAM: ในการวิจัยและพัฒนามานานหลายปี nanotube RAM มีเป้าหมายเพื่อแทนที่ DRAMคนอื่น ๆ กำลังพัฒนาท่อนาโนคาร์บอนและความทรงจำรุ่นต่อไปในอุปกรณ์เดียวกัน
หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส: หลังจากจัดส่งอุปกรณ์ PCM เครื่องแรก Intel ก็เตรียมเวอร์ชันใหม่ผู้อื่นอาจเข้าสู่ตลาด PCM
ReRAM: เวอร์ชันในอนาคตถูกวางตำแหน่งสำหรับแอป AI
MRAM แรงบิดวงโคจร (SOT-MRAM): MRAM รุ่นใหม่ที่มีเป้าหมายเพื่อแทนที่ SRAM
มีความพยายามเพิ่มเติมผลักดันในแนวตั้งตัวอย่างเช่นบางคนกำลังพัฒนา 3D SRAM ซึ่งซ้อน SRAM บนลอจิกเพื่อทดแทน SRAM แบบระนาบ
ในขณะที่หน่วยความจำใหม่บางประเภทกำลังจัดส่งในที่สุดคณะลูกขุนยังคงให้ข้อมูลว่าจะเกิดอะไรขึ้น“ เราเริ่มเห็นความทรงจำที่เกิดขึ้นใหม่หรือยุคหน้าได้รับแรงฉุดมากขึ้นในที่สุด แต่ก็ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาขั้นต้น” Alex Yoon ผู้อำนวยการด้านเทคนิคอาวุโสของ Lam Research กล่าว“ SOT และ FeRAM มีแนวโน้มที่ดีอย่างไรก็ตามความจำเป็นหรือไม่นั้นจะขึ้นอยู่กับเศรษฐศาสตร์มากกว่า”
ความทรงจำยุคหน้าในปัจจุบันและอนาคตต้องเผชิญกับความท้าทายอื่น ๆ“ มีหน่วยความจำประเภทใหม่ที่เพิ่มขึ้นด้วยวัสดุใหม่แนวคิดการจัดเก็บข้อมูลและเทคโนโลยีวัสดุ” สก็อตต์ฮูเวอร์ที่ปรึกษาหลักด้านผลผลิตของ KLA กล่าว“ สิ่งนี้นำเสนอความท้าทายที่สำคัญในด้านวัสดุและลักษณะโครงสร้างเป็นไปได้มากที่ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีและความเข้าใจพื้นฐานจะถูกปิดกั้นโดยความสามารถของเราในการกำหนดลักษณะวัดควบคุมและปรับปรุงวัสดุและโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์”
บอกไปแล้วความทรงจำยุคต่อไปในปัจจุบันและอนาคตอาจพบช่องว่าง แต่จะไม่ครอบงำภูมิทัศน์“ หน่วยความจำที่เกิดขึ้นใหม่ไม่ได้คาดว่าจะขัดขวางอย่างมีนัยสำคัญในตลาด NAND หรือ DRAM ที่มีอยู่ในช่วง 5-10 ปีข้างหน้าในฐานะผลิตภัณฑ์แบบสแตนด์อะโลน” ฮูเวอร์กล่าว
การเปลี่ยน SRAM
ระบบในปัจจุบันรวมตัวประมวลผลกราฟิกตลอดจนหน่วยความจำและหน่วยเก็บข้อมูลซึ่งมักเรียกกันว่าลำดับชั้นของหน่วยความจำ / หน่วยเก็บข้อมูลในลำดับชั้นแรกของลำดับชั้นของปัจจุบัน SRAM จะรวมอยู่ในโปรเซสเซอร์เพื่อการเข้าถึงข้อมูลที่รวดเร็วDRAM ซึ่งเป็นระดับถัดไปจะแยกและใช้สำหรับหน่วยความจำหลักดิสก์ไดร์ฟและโซลิดสเตทไดร์ฟ (SSD) ที่ใช้ NAND ใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูล
รูปที่ 1: ความทรงจำที่เกิดขึ้นใหม่สำหรับข้อมูลที่แพร่หลายและแหล่งที่มาของการคำนวณ: วัสดุประยุกต์
DRAM และ NAND กำลังดิ้นรนเพื่อให้ทันกับความต้องการแบนด์วิดท์และ / หรือพลังงานในระบบDRAM มีราคาถูก แต่สิ้นเปลืองพลังงานDRAM ยังมีความผันผวนซึ่งหมายความว่าจะสูญเสียข้อมูลเมื่อปิดเครื่องในระบบในขณะเดียวกัน NAND มีราคาถูกและไม่ระเหย - จะยังคงรักษาข้อมูลเมื่อระบบปิดตัวลงแต่ NAND และดิสก์ไดรฟ์ทำงานช้า
เป็นเวลาหลายปีแล้วที่อุตสาหกรรมได้ค้นหา "หน่วยความจำสากล" ที่มีคุณลักษณะเดียวกับ DRAM และแฟลชและสามารถแทนที่ได้คู่แข่ง ได้แก่ MRAM, PCM และ ReRAMความทรงจำใหม่ทำให้เกิดการเรียกร้องที่ชัดเจนตัวอย่างเช่น STT-MRAM มีความเร็วของ SRAM และความไม่ผันผวนของแฟลชพร้อมความทนทานที่ไม่ จำกัดเมื่อเทียบกับ NAND แล้ว ReRAM จะเร็วกว่าและปรับเปลี่ยนบิตได้และอื่น ๆ
แม้ว่าวันนี้อุตสาหกรรมยังคงมองหาหน่วยความจำสากล“ สำหรับนักพัฒนาเทคโนโลยีเราเคยจินตนาการว่าวันหนึ่งหน่วยความจำสากลหรือหน่วยความจำแบบฆาตกรบางประเภทจะสามารถแทนที่ SRAM, DRAM และแฟลชได้ในเวลาเดียวกัน” David Hideo Uriu ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดผลิตภัณฑ์ของ UMC กล่าว“ ความทรงจำยุคหน้ายังไม่สามารถแทนที่ความทรงจำแบบเดิม ๆ ได้ แต่สามารถผสมผสานจุดแข็งของความทรงจำแบบดั้งเดิมเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดเฉพาะกลุ่มได้”
ในบางครั้ง MRAM, PCM และ ReRAM ได้รับการจัดส่งโดยส่วนใหญ่เป็นตลาดเฉพาะดังนั้น DRAM, NAND และ SRAM จึงยังคงเป็นความทรงจำหลัก
แต่ในด้านการวิจัยและพัฒนาอุตสาหกรรมกำลังดำเนินการกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ หลายอย่างรวมถึงการทดแทน SRAM ที่มีศักยภาพโดยทั่วไปโปรเซสเซอร์จะรวม CPU, SRAM และฟังก์ชันอื่น ๆ ที่หลากหลายSRAM จัดเก็บคำแนะนำที่โปรเซสเซอร์ต้องการอย่างรวดเร็วเรียกว่าหน่วยความจำแคชระดับ 1ในการทำงานโปรเซสเซอร์จะขอคำแนะนำจากแคช L1 แต่บางครั้ง CPU ก็พลาดไปดังนั้นโปรเซสเซอร์จึงรวมหน่วยความจำแคชระดับที่สองและระดับที่สามเรียกว่าแคชระดับ 2 และ 3
แคช L1 ที่ใช้ SRAM นั้นรวดเร็วเวลาในการตอบสนองน้อยกว่าหนึ่งนาโนวินาทีแต่ SRAM ยังใช้พื้นที่บนชิปมากเกินไป“ SRAM กำลังเผชิญกับความท้าทายในแง่ของขนาดเซลล์เมื่อคุณปรับขนาดและไปที่ 7 นาโนเมตรขนาดเซลล์จะอยู่ที่ 500F2” มาเฮนดราปากาลากรรมการผู้จัดการกลุ่มหน่วยความจำของ Applied Materials กล่าว
หลายปีที่ผ่านมาอุตสาหกรรมได้มองหา SRAM มาทดแทนมีคู่แข่งที่เป็นไปได้หลายคนในช่วงหลายปีที่ผ่านมาหนึ่งในนั้นรวมถึง MRAM (STT-MRAM)STT-MRAM มีความเร็วของ SRAM และความไม่ผันผวนของแฟลชพร้อมความทนทานที่ไม่ จำกัด
STT-MRAM เป็นสถาปัตยกรรมทรานซิสเตอร์ตัวเดียวที่มีเซลล์หน่วยความจำทางแยกอุโมงค์แม่เหล็ก (MTJ)ใช้แม่เหล็กของการหมุนของอิเล็กตรอนเพื่อให้มีคุณสมบัติไม่ระเหยในชิปฟังก์ชันเขียนและอ่านใช้เส้นทางขนานเดียวกันในเซลล์ MTJ
Everspin กำลังจัดส่งอุปกรณ์ SST-MRAM สำหรับ SSD แล้วนอกจากนี้ผู้ผลิตชิปหลายรายยังมุ่งเน้นไปที่ STT-MRAM แบบฝังซึ่งแบ่งออกเป็นสองตลาดคือการเปลี่ยนแฟลชแบบฝังและแคช
สำหรับสิ่งนี้ STT-MRAM กำลังเตรียมพร้อมที่จะแทนที่แฟลช NOR แบบฝังในชิปนอกจากนี้ STT-MRAM ถูกกำหนดเป้าหมายเพื่อแทนที่ SRAM อย่างน้อยสำหรับแคช L3“ STT-MRAM กำลังพัฒนาขึ้นสำหรับการฝังตัวลงใน SoC ที่หนาแน่นขึ้นโดยที่ขนาดเซลล์ที่เล็กลงความต้องการพลังงานในโหมดสแตนด์บายที่ต่ำลงและความไม่ผันผวนทำให้เกิดคุณค่าที่น่าสนใจเมื่อเทียบกับ SRAM ที่มีขนาดใหญ่และผันผวนซึ่งใช้เป็นหน่วยความจำออนบอร์ดทั่วไปและระดับสุดท้าย แคช” Javier Banos ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดสำหรับการสะสมขั้นสูงและการแกะสลักที่ Veeco กล่าว
แต่ STT-MRAM ไม่เร็วพอที่จะแทนที่ SRAM สำหรับ L1 และ / หรือ L2 cacheมีปัญหาความน่าเชื่อถือบางอย่างเช่นกัน“ เราเชื่อว่าสำหรับ STT-MRAM เวลาในการเข้าถึงจะอิ่มตัวประมาณ 5ns ถึง 10ns” Pakala จาก Applied กล่าว“ เมื่อคุณใช้แคช L1 และ L2 เราเชื่อว่าคุณต้องไปที่ SOT-MRAM”
ยังคงอยู่ในการวิจัยและพัฒนา SOT-MRAM มีลักษณะคล้ายกับ STT-MRAMความแตกต่างคือ SOT-MRAM รวมเลเยอร์ SOT ไว้ใต้อุปกรณ์มันทำให้เกิดการสลับชั้นโดยการฉีดกระแสไฟฟ้าในระนาบในชั้น SOT ที่อยู่ติดกันตาม Imec
“ เมื่อคุณเปลี่ยน STT-MRAM คุณต้องดันกระแสผ่าน MTJ” Arnaud Furnemont ผู้อำนวยการหน่วยความจำของ Imec กล่าว“ ใน SOT-MRAM คุณมีสองเส้นทางเส้นทางหนึ่งสำหรับการเขียนและอีกเส้นทางสำหรับการอ่านอ่านแล้วเหมือน STTคุณอ่าน MTJการเขียนไม่ผ่าน MTJนี่เป็นประโยชน์อย่างมากเพราะคุณสามารถหมุนเวียนอุปกรณ์และเพิ่มประสิทธิภาพให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นข้อดีประการที่สองคือความเร็ว”
วันนี้ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของ SOT-MRAM คือการเปลี่ยนเวลาเพียง 50% เท่านั้นซึ่งเป็นสาเหตุที่ยังคงอยู่ในการวิจัยและพัฒนา“ เมื่อเทียบกับ SRAM แล้ว SOT-MRAM อาจมีข้อดีที่เป็นไปได้เช่นความหนาแน่นที่สูงขึ้นและการใช้พลังงานที่ลดลงเนื่องจากไม่มีความผันผวน” Uriu จาก UMC กล่าว“ SOT-MRAM จำเป็นต้องนำไปใช้กับแอปพลิเคชันที่คุ้มค่ากับลูกค้าที่เต็มใจ”
เพื่อแก้ไขปัญหา Imec ได้พัฒนา SOT-MRAMImec ฝังเฟอร์ริติกไว้ในฮาร์ดมาสก์ซึ่งสร้างรูปทรงของแทร็ก SOTทำให้สามารถเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วโดยใช้พลังงานต่ำ
SOT-MRAM ยังไม่พร้อมในความเป็นจริงจะใช้เวลาสองปีหรือมากกว่านั้นก่อนที่อุตสาหกรรมจะพิจารณาว่าสามารถทำงานได้หรือไม่
ในขณะเดียวกันในด้านการวิจัยและพัฒนากำลังดำเนินการเกี่ยวกับการเปลี่ยน SRAM อื่น ๆ ที่เป็นไปได้ ได้แก่ 3D SRAMใน 3D SRAM SRAM จะเรียงซ้อนกันบนโปรเซสเซอร์และเชื่อมต่อโดยใช้ผ่านซิลิคอน vias (TSVs)
3D SRAM ทำให้ระยะการเชื่อมต่อระหว่างโปรเซสเซอร์และ SRAM สั้นลงเวลาจะบอกได้ว่า 3D SRAM เป็นแนวทางที่ใช้ได้จริงหรือไม่
คู่แข่ง DRAM
เช่นเดียวกับ SRAM อุตสาหกรรมนี้ได้พยายามแทนที่ DRAM มาหลายปีแล้วในสถาปัตยกรรมการประมวลผลในปัจจุบันข้อมูลจะเคลื่อนระหว่างโปรเซสเซอร์และ DRAMแต่ในบางครั้งการแลกเปลี่ยนนี้ทำให้เกิดความล่าช้าและการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นซึ่งบางครั้งเรียกว่ากำแพงหน่วยความจำ
DRAM ลดลงตามข้อกำหนดแบนด์วิดท์นอกจากนี้การปรับขนาด DRAM ยังชะลอตัวที่โหนด 1xnm ในปัจจุบัน
“ แอปพลิเคชันของเราต้องการหน่วยความจำจำนวนมากปัญหานี้แย่ลงเมื่อแอปพลิเคชันการเรียนรู้ของเครื่องพวกเขาต้องการหน่วยความจำมาก” Subhasish Mitra ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว“ ถ้าคุณสามารถใส่ความทรงจำทั้งหมดลงบนชิปชีวิตก็จะดีมากคุณไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนชิปไปที่ DRAM และใช้พลังงานและเวลามากมายในการพยายามเข้าถึงหน่วยความจำดังนั้นเราต้องทำอะไรสักอย่างกับมัน”
มีตัวเลือกมากมายที่นี่เช่นการใช้ DRAM แทนที่ DRAM การซ้อน DRAM ลงในโมดูลหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงหรือย้ายไปยังสถาปัตยกรรมใหม่
ข่าวดีก็คือ DRAM ไม่ได้หยุดนิ่งและอุตสาหกรรมกำลังย้ายจากมาตรฐานอินเทอร์เฟซ DDR4 ในปัจจุบันไปสู่เทคโนโลยี DDR5 รุ่นใหม่ตัวอย่างเช่น Samsung เพิ่งเปิดตัวอุปกรณ์ DRAM มือถือ 12Gb LPDDR5ที่อัตราข้อมูล 5,500Mb / s อุปกรณ์นี้เร็วกว่าชิป LPDDR4 1.3 เท่า
แม้ว่าในไม่ช้า OEM จะมีตัวเลือกหน่วยความจำอื่น ๆ นอกเหนือจาก DDR5 DRAMคณะทำงานภายใน JEDEC (JC-42.4) กำลังพัฒนาข้อมูลจำเพาะ DDR5 NVRAM ใหม่ซึ่งในที่สุดจะช่วยให้ OEM สามารถวางอุปกรณ์หน่วยความจำใหม่ต่างๆลงในซ็อกเก็ต DDR5 ได้โดยไม่ต้องดัดแปลง“ ข้อกำหนด NVRAM ครอบคลุมถึงหน่วยความจำท่อนาโนคาร์บอนหน่วยความจำการเปลี่ยนเฟสแรมตัวต้านทานและแรมแม่เหล็กในทางทฤษฎี” Bill Gervasi สถาปนิกระบบหลักของ Nantero กล่าว“ เรากำลังรวมสถาปัตยกรรมทั้งหมดเข้าด้วยกัน”
ข้อมูลจำเพาะนี้ช่วยให้ใช้หน่วยความจำประเภทใหม่ในระบบได้ง่ายขึ้นนอกจากนี้ยังเป็นวิธีแทนที่ DRAM
ถึงกระนั้นก็ยากที่จะแทนที่ทั้ง DRAM และ NANDมีราคาถูกพิสูจน์แล้วและสามารถจัดการกับงานส่วนใหญ่ได้นอกจากนี้ทั้งคู่ยังมีแผนงานสำหรับการปรับปรุงในอนาคต“ NAND มี 5 ปีบวกและ 3 รุ่นบวกที่จะไปDRAM จะปรับขนาดอย่างช้าๆในอีก 5 ปีข้างหน้า” Mark Webb หัวหน้าที่ MKW Ventures Consulting กล่าว“ เรามีความทรงจำใหม่ที่มั่นคงที่พร้อมใช้งานและจัดส่งได้จริงสิ่งเหล่านี้จะเติบโตและเพิ่มขึ้นไม่สามารถแทนที่ DRAM และ NAND”
หน่วยความจำใหม่ประเภทหนึ่งกำลังได้รับความนิยมคือ 3D XPointเปิดตัวโดย Intel ในปี 2015 3D XPoint ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า PCMใช้ใน SSD และ DIMM PCM จะจัดเก็บข้อมูลในระยะสัณฐานและผลึก
แต่ Intel มาช้ากับเทคโนโลยีนี้Intel กำลังจัดส่ง SSD พร้อม 3D XPoint“ ฉันรวบรวมการคาดการณ์ในปี 2015 จากสมมติฐานที่ว่า Intel กำลังจะจัดส่ง DIMM ภายในปี 2017 พวกเขาไม่ได้ทำเช่นนั้นจนถึงปี 2019” Jim Handy นักวิเคราะห์จาก Objective Analysis กล่าว
อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ 3D XPoint ของ Intel สร้างขึ้นด้วยสถาปัตยกรรมแบบซ้อนกันสองชั้นมีความหนาแน่น 128 กิกะบิตโดยใช้รูปทรง 20 นาโนเมตร“ มันเป็นหน่วยความจำถาวรที่ยอดเยี่ยม แต่มันไม่ได้แทนที่ NAND หรือ DRAM” Webb ของ MKW กล่าว
ตอนนี้ Intel และ Micron กำลังพัฒนา PCM เวอร์ชันถัดไปซึ่งจะปรากฏในปี 2020 3D XPoint รุ่นต่อไปคาดว่าจะใช้เทคโนโลยีการผลิต 20 นาโนเมตร แต่อาจมีสี่สแต็กตาม Webb“ เราคาดหวังว่ามันจะมีความหนาแน่นเป็นสองเท่าวันนี้มัน 128Gbitเราคาดหวังว่า 256Gbit สำหรับรุ่นต่อไป” เขากล่าว
มีสถานการณ์อื่น ๆในอนาคต Objective Analysis 'Handy มองว่า 3D XPoint ยังคงเป็นอุปกรณ์สองชั้น แต่จะเปลี่ยนเป็นขนาดคุณลักษณะ 15 นาโนเมตรเวลาจะบอกเอง.
ในขณะที่ PCM กำลังเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เทคโนโลยีอื่น ๆ เช่น Ferroelectric FETs (FeFETs) ยังคงอยู่ในการวิจัยและพัฒนา“ ในเซลล์หน่วยความจำ FeFET ฉนวนเฟอร์โรอิเล็กทริกจะถูกใส่เข้าไปในเกตสแตกของอุปกรณ์ MOSFET มาตรฐาน” Stefan Müllerหัวหน้าผู้บริหารของ Ferroelectric Memory (FMC) อธิบาย
“ เมื่อเทียบกับ HfO2 อิเล็กทริกมาตรฐานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ferroelectric HfO2 จะแสดงโมเมนต์ไดโพลแบบถาวรซึ่งจะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ในลักษณะที่ไม่ลบเลือน” Müllerกล่าว“ โดยทางเลือกที่เหมาะสมในการอ่านแรงดันไฟฟ้ากระแสสูงหรือกระแสต่ำจะไหลผ่านทรานซิสเตอร์”
FMC และอื่น ๆ กำลังพัฒนาอุปกรณ์ FeFET แบบฝังและแบบสแตนด์อโลนFeFET ที่ฝังไว้จะรวมอยู่ในคอนโทรลเลอร์อุปกรณ์แบบสแตนด์อโลนอาจกลายเป็นหน่วยความจำประเภทใหม่หรือเปลี่ยน DRAM“ FeRAM เป็นทางเลือกที่ดีซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่า DRAM มากแต่ความอดทนต้องดีขึ้น” ยุนแห่งแลมกล่าว
ยังไม่ชัดเจนว่า FeFET จะไปในทิศทางใด แต่มีความท้าทายอยู่ที่นี่“ เซลล์หน่วยความจำที่ใช้เฟอร์โรอิเล็กทริก HfO2 สามารถแสดงการเก็บรักษาข้อมูลที่สูงกว่า 250 ° C ความทนทานในการปั่นจักรยาน> 1010 รอบความเร็วในการเขียน / อ่านในระบบ 10ns การใช้พลังงาน fJ และความสามารถในการปรับขนาดได้มากกว่าโหนดเทคโนโลยี finFET "Müllerของ FMC กล่าว“ ความท้าทายในปัจจุบันคือการรวมเมตริกเหล่านี้ไว้ในอุปกรณ์หน่วยความจำเครื่องเดียวและทำแบบคู่ขนานในอาร์เรย์ของเซลล์หน่วยความจำหลายล้านเซลล์และแต่ละเซลล์หน่วยความจำเหล่านี้ต้องทำงานเหมือนกันมากหรือน้อย”
ในขณะเดียวกัน Nantero ได้พัฒนาแรมคาร์บอนนาโนทิวบ์สำหรับฝังตัวและแอพทดแทน DRAM มาหลายปีแล้วท่อนาโนคาร์บอนเป็นโครงสร้างทรงกระบอกซึ่งแข็งแรงและเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ายังคงอยู่ใน R&D NRAM ของ Nantero นั้นเร็วกว่า DRAM และไม่ลบเลือนเหมือนแฟลชแต่การดำเนินการนี้ใช้เวลาในเชิงพาณิชย์นานกว่าที่คาดไว้
ฟูจิตสึซึ่งเป็นลูกค้ารายแรกของ NRAM คาดว่าจะทดลองใช้ชิ้นส่วนในปี 2019 และมีกำหนดผลิตในปี 2020
ท่อนาโนคาร์บอนกำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่นในปี 2560 DARPA ได้เปิดตัวหลายโปรแกรมรวมถึง 3DSoCMIT, Stanford และ SkyWater เป็นพันธมิตรในโปรแกรม 3DSoC ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาอุปกรณ์ 3 มิติแบบเสาหินที่ซ้อน ReRAM ไว้บนลอจิกของท่อนาโนคาร์บอนReRAM ขึ้นอยู่กับการสลับอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบตัวต้านทาน
ยังคงอยู่ในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีนี้ไม่สามารถทดแทน DRAM ได้แต่จะอยู่ภายใต้ประเภทการคำนวณในหน่วยความจำที่เรียกว่าเป้าหมายคือการนำหน่วยความจำและฟังก์ชันลอจิกเข้ามาใกล้เพื่อลดปัญหาคอขวดของหน่วยความจำในระบบ
“ คุณต้องคิดเกี่ยวกับการไปยังมิติที่สาม” มิตราของสแตนฟอร์ดกล่าว“ ไม่งั้นคุณจะเอาทุกอย่างมาเป็นชิปได้อย่างไร”
ปัจจุบันอุปกรณ์ 3DSoC เป็นโครงสร้าง 3 มิติสองชั้นซึ่งวาง ReRAM บนตรรกะของท่อนาโนคาร์บอนอุปกรณ์สี่ชั้นจะครบกำหนดภายในสิ้นปีนี้เป้าหมายคือการเพิ่มการผลิตและจัดหาเวเฟอร์หลายโครงการที่ดำเนินการภายในปี 2564
เมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มได้ถ่ายโอนเทคโนโลยีไปยังสกายวอเตอร์ผู้จำหน่ายโรงหล่อมีแผนที่จะสร้างอุปกรณ์โดยใช้กระบวนการ 90 นาโนเมตรบนเวเฟอร์ 200 มม.“ สถาปัตยกรรม 3DSoC ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ที่ใช้ท่อนาโนคาร์บอนในระดับหนึ่งแบรดเฟอร์กูสันซีทีโอของ SkyWater กล่าวว่าพวกเขาถูกสร้างขึ้นทั้งชนิด n และ p เพื่อสร้างเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ CMOS“ สามารถใช้ร่วมกับหน่วยความจำ ReRAM ระดับอื่น ๆ ได้ซึ่งรวมถึงทรานซิสเตอร์การเข้าถึงที่ใช้ CNT”
ใน fab ท่อนาโนคาร์บอนถูกสร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการสะสมความท้าทายคือท่อนาโนมีแนวโน้มที่จะมีการเปลี่ยนแปลงและการจัดแนวไม่ตรงในระหว่างกระบวนการ
“ ความท้าทายสำคัญที่เราเห็นและมีหนทางที่จะเอาชนะมีสามสิ่งหลัก ๆประการแรกคือความบริสุทธิ์ของท่อนาโนคาร์บอนท่อนาโนคาร์บอนในวัสดุต้นทางมีความแปรปรวนมากส่วนหนึ่งของโครงการกำลังปรับปรุงความบริสุทธิ์ของวัสดุต้นทางเพื่อให้เราได้ท่อนาโนคาร์บอนเซมิคอนดักเตอร์แบบผนังเดียวที่มีความบริสุทธิ์สูง” เฟอร์กูสันกล่าว“ ความท้าทายที่สองและสามเกี่ยวข้องกับการรวมตัวเป็นทรานซิสเตอร์นั่นคือความแปรปรวนและความเสถียรของประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์”
เทคโนโลยีนี้น่าสนใจหากใช้งานได้จริง“ ความจริงก็คือเราสามารถลดขนาดเทคโนโลยีนี้ลงได้หลังจากสาธิตสิ่งนี้บน 90 นาโนเมตรรวมกับเป้าหมายที่ระบุไว้ของโปรแกรมนี้ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยีระนาบ 7 นาโนเมตรซึ่งหมายความว่าหากโปรแกรมประสบความสำเร็จโปรแกรมสามารถรีเซ็ตการปรับขนาดโหนดบนเส้นโค้งที่แตกต่างกันในแง่ของความซับซ้อนประสิทธิภาพและต้นทุนได้ '' เขากล่าวเสริม
หน่วยความจำ AI
ในการทำงานเป็นเวลาหลายปี ReRAM เคยได้รับการขนานนามให้เป็น NAND แทนแต่ NAND มีขนาดที่ไกลกว่าที่เคยคิดไว้ทำให้หลายคนต้องจัดตำแหน่ง ReRAM ใหม่
วันนี้บางส่วนกำลังทำงานกับ ReRAM แบบฝังคนอื่น ๆ กำลังพัฒนา ReRAM แบบสแตนด์อโลนสำหรับแอพพลิเคชั่นเฉพาะกลุ่มในระยะยาว ReRAM กำลังขยายขอบเขตอันไกลโพ้นมีเป้าหมายสำหรับแอป AI การแทนที่ DRAM หรือทั้งสองอย่าง
บริษัท ReRAM แห่งหนึ่งคือ Crossbar กำลังพัฒนาอุปกรณ์แบบสแตนด์อโลนที่อาจแทนที่ DRAM ได้สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับสถาปัตยกรรมแบบคานขวางที่มี ReRAM และตรรกะ
“ หลังจากพูดคุยกับลูกค้าโดยเฉพาะในศูนย์ข้อมูลปัญหาที่ใหญ่ที่สุดคือ DRAMไม่ใช่ NANDเป็น DRAM เนื่องจากการใช้พลังงานและต้นทุน” Sylvain Dubois รองประธานฝ่ายการตลาดเชิงกลยุทธ์และการพัฒนาธุรกิจของ Crossbar กล่าว“ สำหรับแอปพลิเคชันแบบสแตนด์อโลนที่มีความหนาแน่นสูงเรากำลังกำหนดเป้าหมายการเปลี่ยน DRAM ในศูนย์ข้อมูลสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องอ่านมากด้วยความหนาแน่น 8 เท่าของ DRAM และการลดต้นทุนประมาณ 3X ถึง 5X จึงช่วยลด TCO ได้อย่างดีเยี่ยมพร้อมกับการประหยัดพลังงานมหาศาลในศูนย์ข้อมูลระดับไฮเปอร์สเกล”
เทคโนโลยี ReRAM ของ Crossbar ยังมีเป้าหมายสำหรับการเรียนรู้ของเครื่องการเรียนรู้ของเครื่องเกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียมในโครงข่ายประสาทระบบจะบีบอัดข้อมูลและระบุรูปแบบตรงกับรูปแบบบางอย่างและเรียนรู้ว่าแอตทริบิวต์ใดมีความสำคัญ
ReRAM มีเป้าหมายสำหรับแอพขั้นสูงยิ่งขึ้น“ มีโอกาสที่ดีในการใช้ ReRAM ในรูปแบบใหม่ ๆ เช่นการประมวลผลแบบอนาล็อกและการประมวลผลเชิงประสาท แต่ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยมากกว่า” Dubois กล่าว
Neuromorphic computing ยังใช้เครือข่ายประสาทสำหรับสิ่งนี้ ReRAM ขั้นสูงกำลังพยายามจำลองสมองในซิลิคอนเป้าหมายคือการเลียนแบบวิธีที่ข้อมูลเคลื่อนที่ในอุปกรณ์โดยใช้พัลส์ที่กำหนดเวลาไว้อย่างแม่นยำและมีการวิจัยมากมายในพื้นที่นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านหน้าของวัสดุ
“ คำถามใหญ่คือสิ่งที่ต้องทำเพื่อให้สามารถใช้งานได้จริง” Srikanth Kommu ผู้อำนวยการบริหารของธุรกิจเซมิคอนดักเตอร์ของ Brewer Science กล่าว“ มีงานวิจัยมากมายว่าวัสดุสามารถสร้างความแตกต่างในพื้นที่นี้ได้หรือไม่ตอนนี้เราไม่แน่ใจ”
วัสดุมีสองด้านหนึ่งเกี่ยวข้องกับความเร็วและความทนทานประการที่สองเกี่ยวข้องกับความสามารถในการผลิตและความบกพร่องซึ่งทั้งสองอย่างนี้ส่งผลต่อผลผลิตและต้นทุนในที่สุด“ จำนวนมากนี้ขึ้นอยู่กับความคลาดเคลื่อนและความบกพร่อง” Kommu กล่าว“ หากข้อบกพร่องถึง 100 คุณต้องปรับปรุง 70% ทุกสองปี”
ความสนใจในสถาปัตยกรรม neuromorphic เพิ่มขึ้นด้วยการยอมรับและการแพร่กระจายของ AI / ML ด้วยเหตุผลด้านพลังและประสิทธิภาพเมื่อเร็ว ๆ นี้ Leti และ ReRAM เริ่มต้นใช้งาน Weebit Nano ได้แสดงให้เห็นถึงรูปแบบหนึ่งของการประมวลผลแบบ neuromorphic ซึ่งพวกเขาทำภารกิจการจดจำวัตถุในระบบ
การสาธิตใช้เทคโนโลยี ReRAM ของ Weebit การรันงานอนุมานโดยใช้อัลกอริธึมเครือข่ายประสาทเทียม“ ปัญญาประดิษฐ์กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็วเรากำลังเห็นแอปพลิเคชันในการจดจำใบหน้ายานพาหนะที่เป็นอิสระและใช้ในการพยากรณ์โรคทางการแพทย์เพียงเพื่อตั้งชื่อโดเมนไม่กี่โดเมน” Coby Hanoch ผู้บริหารระดับสูงของ Weebit กล่าว
สรุป
STT-MRAM ได้รับการเสนอให้ใช้แทน DRAMแต่ STT-MRAM หรือความทรงจำใหม่อื่น ๆ จะไม่แทนที่ DRAM หรือ NAND
ถึงกระนั้นความทรงจำของคนรุ่นปัจจุบันและอนาคตก็น่าดูจนถึงปัจจุบันพวกเขาไม่ได้รบกวนภูมิทัศน์แต่พวกเขากำลังสร้างปัญหาให้กับผู้ดำรงตำแหน่งในตลาดหน่วยความจำที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา“ เราอยู่ในสถานที่ที่มีเทคโนโลยีหน่วยความจำเกิดขึ้นใหม่ซึ่งยังไม่ชนะการแข่งขัน” Objective Analysis 'Handy กล่าว (บทความมาจากอินเทอร์เน็ต)
