2016-09-01 20:06:26
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NRAM,非易失性RAM,基于碳纳米管(CNT)技术,具有DRAM级的读写速度。 Nantero表示,它具有超高密度 , 它可以缩减到5nm,超出了NAND。

两个富士通半导体企业正在授权Nantero NRAM技术与Nantero-Fujitsu联合开发,以在2018年生产芯片。它们将具有比嵌入式闪存更快几千倍的重写周期和数千倍的重写周期。

NRAM,非易失性RAM,基于碳纳米管(CNT)技术,具有DRAM级的读写速度。 Nantero表示,它具有超高密度 , 它可以缩减到5nm,超出了NAND。

这是第一个可行的通用存储器,结合DRAM速度和NAND非波动性,比NAND耐久性和光刻缩小的前景更好。

富士通集中在多个市场,产品开发正在进行中,预计在2018年将有256Gbit的55nm芯片。富士通晶圆厂将在稍后阶段进入40nm光刻技术。 Nantero有一家晶圆厂合作伙伴,致力于28nm光刻技术。

NRAM技术

CNT是人类头发直径的1/5000。这些微小的气瓶比钢的强50倍,是铝的一半密度,并且具有比其他材料科学家今天认识到的更好的导热性和导电性。

制造涉及少量的工艺步骤和仅一个掩模层。 CNT的膜沉积在含有下层电池选择装置和与NRAM开关相接的阵列线(通常是晶体管或二极管)的硅衬底上。膜中的CNT交叉并且可以接触或分离。

深入了解Nantero的非易失性碳纳米管RAM技术

当分离(关闭)时,CNT材料的电阻状态为高电平,并发出“零”信号。 当它们触摸并发出“一个”信号时,发生较低的电阻状态。 SET(关闭到开或0到1)是静电操作,而复位(On to off,1到0)是通过CNT触点的声子加热进行声子驱动的操作。

深入了解Nantero的非易失性碳纳米管RAM技术

通过扫描电子显微镜观察到的NRAM图像

该技术的碳纳米管示意图

该技术的碳纳米管示意图

Nantero说,芯片可以是多层的,意思是3D,每个单元有1或2位。 在待机模式下,电源使用量实际上为零。

NRAM操作

NRAM操作

取决于CNT织物的电阻状态,NRAM电池可以放置在两个或更多个电阻状态。如果所有的CNT都是从触摸切换到分离的,反之亦然,那就是1位单元格,像SLC闪存。但是材料可以被编程为将单元格中的100个CNT的子集从触摸移动到分离,反之亦然。如果子集是单元格CNT的一半,那么我们有一个2位单元和四个电阻状态。理论上,有三个子集的设计给了我们一个3位单元格。

该技术已经过耐久性测试,已经验证了1011个编程/擦除周期 - 这是1000亿次周期。在可靠性方面,它保留在85oC或1000oC以上300多年的1000年的数据。

它的延迟是50ns或更少 - DDR4 DRAM级延迟,我们被Nantero联合创始人兼首席执行官Greg Schmergel告诉 - 这意味着c14ns。

它的功耗很小,因为当数据写入时,它只是移动碳纳米管几埃。

芯片可以在现有的CMOS设备中制造。 Nantero发言人说: “我们现在已经将NRAM设计成全球7个CMOS工厂,其实在没有任何新工具的情况下也是一样。

富士通

富士通半导体有限公司和三重富士通半导体有限公司是富士通的两家企业。他们正在使用Nantero帮助的芯片将使用55nm的Lithiography并具有256Gbit的容量。富士通半导体计划在2018年底之前开发出一种NRAM嵌入式定制LSI产品,并计划在此之后扩展到独立的NRAM产品。作为纯粹的代工厂的三重富士通半导体计划向其代工客户提供基于NRAM的技术。

据了解,富士通半导体自90年代末以来一直在设计和生产FRAM,一种非易失性RAM,是集FRAM设计和生产能力的少数几家公司之一。将能够利用这种经验和技能开发和生产NRAM芯片。

Nantero正在看到两个潜在市场:独立的非易失性存储器,如NRAM DIMM,嵌入式设备需要非常快速的非易失性存储器。独立市场可能包括千兆比特的后NAND内存和千兆比例缓冲存储器(存储类内存)。嵌入式市场包括可以使用NRAM芯片替代其他芯片的手机,从而降低成本。

NRAM操作

Nantero NRAM芯片

NRAM和XPoint

自从去年六月我们最后一次写关于Nantero以来,3D NAND已经突显出来,英特尔和美光的XPoint内存已经公开了,以及东芝和WD / SanDisk ReRAM技术。 XPoint处于领先地位,以弥补DRAM-NAND的价格/业绩差距。

NRAM似乎比XPoint快得多,可能更加密集。 Intel Optane DIMM的延迟时间可能为7-9ms(7,000-9,000ns)。 Micron QuantX XPoint SSD的读取延迟为10ms,写入时间为20 ms;分别是10,000和20,000ns。

快速比较的NRAM在c50ns或更低,XPoint DIMM为7,000-10,000ns,低于140-200倍。

我们可能会想到,使用XPoint / ReRAM的服务器系统同时具有DRAM和XPoint / ReRAM,而使用NRAM的系统可能只是使用NRAM,一旦定价便于此。

NRAM定价

Nantero将其受专利保护的知识产权许可给代工厂商,如富士通,他们将为生产的芯片定价。尽管在工艺步骤和工艺复杂性方面,NRAM制造似乎比XPoint显得简单得多,但芯片价格将取决于晶圆产量和需求。从生产线上获得更多的晶圆可以降低单位成本。我们可能会期望NRAM的初始制造成本高,因为需求将会很低,因此NRAM芯片将具有相对较高的成本。

直到诸如富士通等代工厂操作员才能看到关于晶圆尺寸和产量的信息,我们就处于黑暗中。然后,该操作员必须将原始芯片和/或DIMM或BGA安装的芯片(意味着某种控制器和接口电路)销售到系统构建器上。该系统构建器必须确保其系统的软件可以使用NRAM。

我们肯定会在2019年最早看到第一个使用NRAM的产品出现。预计未来几个月将会出现更多的Nantero NRAM铸造合作伙伴。

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