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據(jù)英飛凌稱,其下一代Aurix微控制器將使用嵌入式非易失性存儲(chǔ)器,特別是電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM),而不是嵌入式閃存(eFlash),并將在臺(tái)積電的28納米節(jié)點(diǎn)上制造。
雖然基于臺(tái)積電28納米eFlash技術(shù)的Autrix TC4x系列微控制器樣品已經(jīng)交付給主要客戶,但基于臺(tái)積電28納米RRAM技術(shù)的第一批樣品將于2023年底提供給客戶。英飛凌表示,Autrix TC4x系列微控制器專為ADAS而設(shè)計(jì),可提供新的E/E架構(gòu)和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的AI應(yīng)用。
嵌入式閃存微控制器自推出第一批發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)以來(lái),就被用作汽車中的ECU,市場(chǎng)上大多數(shù)MCU系列都基于eFlash技術(shù),但該技術(shù)一直在努力遷移到28納米以下,并且也被認(rèn)為效率低于RRAM。英飛凌認(rèn)為,與臺(tái)積電的合作成功奠定了RRAM在汽車領(lǐng)域的基礎(chǔ),并使其Autrix系列微控制器具有更廣泛的供應(yīng)基礎(chǔ)。
新型存儲(chǔ)器中,RRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲(chǔ)密度的要求,同時(shí)延遲可降低1000倍,可滿足未來(lái)智能駕駛高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量。安全性方面,RRAM具備可靠性,未來(lái)有望出現(xiàn)高性能、高集成度、高穩(wěn)定性和低功耗的車規(guī)RRAM存儲(chǔ)器。
RRAM有多種變體,通常在標(biāo)準(zhǔn) CMOS 邏輯上沉積過(guò)渡金屬氧化物 (TMO) 層。每個(gè)公司的材料配方和分層結(jié)構(gòu)可能是獨(dú)一無(wú)二的,但通常 RRAM 是基于金屬離子和氧空位在電壓下的遷移,以建立和斷開(kāi)存儲(chǔ)單元中的絲狀傳導(dǎo)路徑。
英飛凌聲稱,臺(tái)積電提供的帶有 RRAM 的 Aurix 微控制器將提供更高的抗擾度,并允許按位寫入而無(wú)需擦除,從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)于嵌入式閃存的性能。英飛凌表示,循環(huán)耐力和數(shù)據(jù)保留與閃存相當(dāng)。
臺(tái)積電業(yè)務(wù)發(fā)展高級(jí)副總裁Kevin Zhang表示,臺(tái)積電和英飛凌已經(jīng)在一系列不同應(yīng)用中就RRAM技術(shù)進(jìn)行了近十年的合作,將TC4x遷移到RRAM將為在微控制器縮小到更小的節(jié)點(diǎn)方面開(kāi)辟新的機(jī)遇。
目前,臺(tái)積電的非易失性存儲(chǔ)器解決方案包括閃存、自旋傳遞扭矩MRAM(STT-MRAM)和RRAM。該代工廠還在探索相變RAM(PCRAM)和自旋軌道扭矩MRAM(SOT-MRAM)技術(shù)。
2018年,臺(tái)積電開(kāi)始量產(chǎn)汽車用40納米eFlash技術(shù),但其40納米超低功耗嵌入式RRAM技術(shù),完全兼容CMOS工藝,已于2017年底進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)。2021年,代工廠的40納米RRAM技術(shù)成功進(jìn)入量產(chǎn),28納米和22納米節(jié)點(diǎn)也可作為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的低成本解決方案。
RRAM的研究進(jìn)展
在商業(yè)化上,Crossbar、昕原半導(dǎo)體、松下、Adesto、Elpida、東芝、索尼、美光、海力士、富士通等廠商都在開(kāi)展RRAM的研究和生產(chǎn)。在代工廠方面,中芯國(guó)際、臺(tái)積電和聯(lián)電都已經(jīng)將RRAM納入自己未來(lái)的發(fā)展版圖中。已量產(chǎn)的海外RRAM存儲(chǔ)器主要有Adesto的130納米CBRAM和松下的180納米RRAM。松下(Panasonic)在2013年開(kāi)始出貨RRAM,成為世界第一家出貨RRAM的公司。接著,松下與富士通聯(lián)合推出了第二代RRAM技術(shù),基于180納米工藝。而Adesto 一直在緩慢地出貨低密度 CBRAM;中國(guó)的昕原半導(dǎo)體在Crossbar的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)核心升級(jí)和工藝制程的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)28納米量產(chǎn),并且已建成自己的首條量產(chǎn)線,擁有了垂直一體化存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)加制造的能力;兆易創(chuàng)新和Rambus宣布合作建立合資企業(yè)合肥睿科微,進(jìn)行RRAM技術(shù)的商業(yè)化,但目前還無(wú)量產(chǎn)消息。
RRAM的四大發(fā)展機(jī)遇
物聯(lián)網(wǎng):AIoT需要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互,因此不僅要求存儲(chǔ)器低功耗,也需要高讀寫和低延遲。目前的NOR Flash存儲(chǔ)密度低、容量小、功耗高,無(wú)法實(shí)現(xiàn)高寫入速度。而RRAM在保證讀性能的情況下,寫入速度可提升1000倍,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)密度和十分低的功耗,未來(lái)將會(huì)是取代NOR Flash成為萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代存儲(chǔ)器的最佳選擇。
智能汽車:未來(lái)單車存儲(chǔ)容量將達(dá)到2TB-11TB,一輛L4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車至少需要74GB DRAM和1TB NAND。新型存儲(chǔ)器中,RRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲(chǔ)密度的要求,同時(shí)延遲可降低1000倍,可滿足未來(lái)智能駕駛高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量。
數(shù)據(jù)中心:RRAM相較NAND可提升100倍的讀寫性能,同時(shí)保持更低的功耗和高存儲(chǔ)密度,有望解決未來(lái)數(shù)據(jù)中心高能效比,低延遲的需求,實(shí)現(xiàn)更高性能的AI數(shù)據(jù)中心。
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