在国家"十四五”规划纲要中,加强原创性引领性科技攻关方面,"先进存储技术升级”被列入"科技前沿领域攻关”重点领域。存储器是半导体产业的风向标和最大细分市场,约占半导体产业的三分之一。智能时代的到来,将引起存储行业的新一轮爆发。
根据世界权威半导体市场研究机构Yole Development统计,存储器总体市场空间将从2019年的1110亿美元增长至2025年的1850亿美元,年复合增长率为9%。细分市场中,新型存储器市场增速最快,将从5亿美元增长到40亿美元,年复合增长率达到42%,发展潜力巨大。
目前,我国正在大力发展存储产业,一方面在传统存储器上努力实现追赶;另一方面也在提前布局新型存储器。存储器市场除了最为人熟知的内存DRAM和闪存NAND FLASH、NOR FLASH外,近年来,能够突破性能与技术瓶颈的第四代存储器/新型存储器,如PCM(相变存储器)、FeRAM(铁电存储器)、MRAM(磁性存储器)及ReRAM(阻变存储器) 等等NVM型介质逐渐受到市场的关注。
相较于其他几项新型存储器技术而言,ReRAM写入寿命可达100万次左右,较传统存储器有数量级的增加。从密度、能效比、成本、工艺制程和良率各方面综合衡量,ReRAM存储器在目前已有的新型存储器中具备明显优势,备受企业和市场青睐。
随着万物智联时代的到来,应未来人工智能(AI),智能汽车、人工智能与物联网(AIOT)及边缘计算(Edge Computing) 等高计算能力的需求,集高存储密度,高速,低功耗,能嵌入28nm以下工艺等于一身的新一代存储器的研发和生产,已势在必行。
据杭州日报消息,由昕原半导体(杭州)有限公司(以下简称"昕原半导体”)主导建设的大陆首条28/22nm ReRAM(阻变存储器)12寸中试生产线顺利完成了自主研发设备的装机验收工作,实现了中试线工艺流程的通线,并成功流片(试生产)。
公开资料显示,昕原半导体成立于2019年,专注于 ReRAM 新型存储器产品及相关衍生产品的研发,是一家集核心技术、工艺制程、芯片设计、IP授权和生产服务于一体的新型IDM公司。对于以ReRAM为代表的新型存储器而言,IDM模式不仅工艺和产能自主可控,同时可以不断进行迭代优化,通过高良率和高性能迅速筑起行业壁垒,是存储器行业发展最佳的商业模式。
如今,昕原半导体已成长为国内新型存储器技术的头部企业,也是国际上新型存储器产品商业化最快的公司。其的核心产品覆盖高工艺嵌入式存储、高密度非易失性存储、存内计算及存内搜索等多个领域。公司开发的 ReRAM 存储器具有密度高、能耗低、读写速度快及下电数据保存的特点,可形成未来存储架构的最后一级缓存(FLC,Final Level Cache),消除内存与外存间的"存储墙”。作为最具潜力的下一代主力存储器,ReRAM 能广泛应用于人工智能、工业控制、消费电子、汽车、物联网、云计算等领域。
早前在2021年4月,昕原半导体官方表示,业界首款28nm制程ReRAM芯片流片成功。据悉该芯片主要应用于防伪认证,也应用于移动设备的各种配件、家电、电子烟等AIoT的广大市场,且已与行业内头部厂商达成合作意向。
据悉,新型存储器的核心,是在其开发中需要在传统CMOS(互补金属氧化物半导体的缩写,制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片)工艺里增加一些特殊的材料或工艺,这些特殊材料或工艺的开发则需要经过大量实验及测试验证。
传统CMOS代工厂或因由于资源有限,迭代速度较慢,从而影响工艺开发进度,而国内各大科研所虽可在实验室阶段加快迭代速度,但没有标准12寸量产产线,实验成果往往很难走向量产。
此次昕原自行搭建的28/22nm ReRAM(阻变存储器)12寸中试生产线就解决了上述问题。汲取了代工厂和实验室的长处,迭代速度快, 产线灵活,拥有自主可控的知识产权,使得ReRAM相关产品的快速实现变成了可能。
"作为大陆首条28/22nm ReRAM12寸中试生产线,我们产线的顺利导通并完成产品的验证和实现量产,将极大带动我国新型存储行业发展。”昕原半导体相关负责人表示,"而在这一领域,目前国内外差距较小,壁垒尚未形成,为我国存储器产业实现'弯道超车’提供了可能。”
新型存储器是中国实现存储领域弯道超车的最佳机会
公开资料显示,目前Crossbar、昕原半导体、松下、Adesto、Elpida、东芝、索尼、美光、海力士、富士通等厂商都在开展ReRAM的研究和生产,其中专注IP授权的Crossbar对于ReRAM的基础技术研发走在了前列。
Crossbar研发了两种存储架构——1T1R和3D堆叠式架构,3D堆叠技术可实现存储级内存,内置选择器允许多种存储阵列配置,单个晶体管可以驱动数千个存储单元,可以组织成超密集的3D交叉点阵列,可堆叠并能够扩展到10nm以下,从而为单个裸片上的TB级存储铺平了道路。
在代工厂方面,中芯国际(SMIC)、台积电(TSMC)和联电(UMC)都已经将ReRAM纳入自己未来的发展版图中。据悉,目前昕原半导体是除台积电之外,唯一一家在28/22nm 先进制程ReRAM实现量产的公司。国内的兆易创新和Rambus宣布合作建立合资企业合肥睿科微(Reliance Memory),进行ReRAM技术的商业化,但目前还无量产消息。
未来万物互联日入佳境,AIoT、智能汽车、数据中心、AI计算等将对存储提出更高的性能要求,新型存储市场作为新兴领域,我国企业加大发力有望实现存储领域弯道超车。
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