AI驅動新型存儲器技術，國內新興存儲企業進階_風聞

電子發燒友網報道（文/黃晶晶）生成式AI對於算力、運力和存力的需求與日俱增，如何打破“存儲牆”成為存儲行業面臨的挑戰與機會。從因AI訓練而爆紅的HBM，再到DDR5、PCIE5.0 SSD、UFS4.0等存儲規格不斷演進，正是為了加速AI的訓練與推理應用。但另一方面，新型存儲也在AI時代扮演越來越重要的角色，最近國內新興存儲企業也將目光投向於此，並推出新產品等，以期緊跟新型存儲技術的發展。

阻變存儲器

RRAM（Resistive Random Access Memory）意為阻變式存儲器，也稱憶阻器，具有尺寸易於縮小，高速度，低功耗，低成本，易與CMOS工藝兼容等諸多特點。

阻變存儲器以阻變材料作為存儲介質，主要集中於二、三元金屬氧化物，硫系化合物，不同形態碳以及有機聚合物等。阻變存儲器工作原理為施加電壓（反向偏壓）後，原子在電場作用下移動，在絕緣介質內部形成（斷裂）微導電絲，使存儲器可以在高電阻和低電阻之間可逆轉換，從而實現對信號“0”和“1”的存儲。

阻變存儲器起源於1960年代，包括富士通、Weebit Nano、三星、夏普等公司對其展開了廣泛的研究。英飛凌此前宣佈在下一代微控制器Aurix裏使用台積電的嵌入式阻變存儲器，其在台積電的28納米節點上製造。

在消費類電子、物聯網、人工智能、工業、汽車電子、數據中心等領域，RRAM都將得到廣泛運用。

近期，國內RRAM的研發和應用也取得可喜的進展。國內頭部面板廠商維信諾已完成世界首顆採用嵌入式RRAM（阻變存儲器）存儲技術AMOLED顯示驅動芯片的開發和認證。該新型AMOLED顯示驅動芯片由維信諾與驅動芯片設計公司昇顯微電子聯合開發，存儲器設計公司睿科微電子提供技術支持。

一直以來，AMOLED顯示屏都面臨顯示屏Mura（顯示亮度不均勻）的技術問題，而傳統設計方案中，內置SRAM（靜態隨機存儲器）、OTP（一次性可編輯存儲器）加外置NOR Flash（閃存）的設計存在生產成本高、參數讀取速度慢等痛點。

針對上述痛點，這顆採用嵌入式RRAM存儲技術的新型AMOLED顯示驅動芯片（RRAM阻變存儲器），集Demura SRAM、OTP和Flash三種功能於一體，通過器件本身電阻值的變化來實現存儲功能。新方案相比傳統方案存儲面積可縮減30%，同時取消了外置Flash，採用RRAM技術可隨時“原地”讀取數據，極大地降低了數據傳輸所帶來的消耗，真正實現降本增效。

此外，悦芯科技和睿科微達成戰略合作，成功開發了國內首個基於睿科微RRAM IP的芯片量產測試方案，並已正式進入量產。

相變存儲器

相變存儲器具有優異的等比微縮能力、集成度高、讀寫速度快、循環壽命長、可實現多值存儲等優點，被認為是最有潛力的新興非易失存儲技術，有望作為存儲級內存解決閃存和動態隨機存儲器之間的內存牆瓶頸，在存儲及內存、人工智能等領域有着廣闊的應用前景。

相變存儲材料最早由Ovshinsky於1968年發現。相變存儲器採用硫系化合物為主的相變材料作為信息存儲介質，在受熱的作用下，相變材料能在非晶體和晶體狀態之間實現快速、可逆轉換，高電阻的非晶態和低電阻的晶態即可用於存儲數字信號“0”和“1”。

Intel和美光聯合研發的3D-Xpoint存儲技術即傲騰，兼具傳統DRAM、NAND的優點，但是持續虧損，目前英特爾正在逐步淘汰基於3D-Xpoint技術的存儲產品。

近日，新存科技公佈國產新型 3D 存儲器，最高IO速度 3200MT/s，也是屬於相變存儲器。

圖源：新存科技官網

新存科技9月23日發佈其自主研發的國產首款最大容量新型 3D 存儲器芯片 NM101。該新品採用先進工藝製程結合三維堆疊技術，單芯片容量達64Gb。這款高速大容量芯片專為大數據時代設計，旨在滿足服務器、智能終端等領域對存儲容量和讀寫性能的嚴苛需求。

新存科技官網公佈 NM101 芯片的參數顯示，NM101採用SLC存儲單元類型，最高IO速度3200MT/s，總線位寬為×8，IO電壓為1.2V，支持0℃~+70℃運行温度。

圖源：新存科技官網

新存科技表示 NM101 基於新型材料電阻變化原理，支持隨機讀寫，相比同類產品讀寫速度均可提升10倍以上、壽命也可增加5倍，可搭配業界合作伙伴的控制芯片，應用於企業級或消費級高性能存儲產品的開發。

據悉，作為純國產自主知識產權的產品，新存科技的3D PCM（相變存儲器）已經處於產業化的前夜，新存科技與浙江安吉政府合作投建的1萬片/月產能的中試線目前正平穩推進，預計2025年即可投產。後續產線也在規劃中。

鐵電隨機存儲器

FeRAM鐵電存儲器是一種結合了非易失性和隨機存取特性的鐵電隨機存儲器（內存）。這種存儲器在斷電的情況下能保留數據，不僅不需要備用電池，而且與EEPROM、FLASH等傳統的非易失性存儲器相比，具有優越的高速寫入、高讀寫耐久性和低功耗性能。可應用於如汽車電子、安全芯片、可穿戴設備、人工智能等領域。

鐵電隨機存儲器主要依靠存儲芯片中鐵電材料在電場下極化的翻轉來實現信號“0”和“1”的存儲，其極化狀態在撤掉電場後依然能保持穩定，因此可以實現非易失性。鐵電材料於1920年由 Valasek發現，之後學界長期聚焦鈣鈦礦結構傳統鐵電材料，如BTO和PZT。近年來新發現的氟石結構摻雜HfO2也具有鐵電性質，其良好的可微縮性使其最近成為研究熱點。目前國內外有數家公司和機構進行鉿基鐵電存儲器的研發，包括富士通、英飛凌等。

Fujitsu自1999年開始大規模生產FRAM，擁有超過21年的生產經驗，不僅證明FRAM產品的市場認可度，也展示Fujitsu在該領域的深厚技術積累和成熟生產經驗。

富士通半導體的FeRAM陣容包括16Kbit至4Mbit的SPI接口產品和4Kbit至1Mbit的I2C接口產品。電源電壓有3.3V工作和1.8V工作產品。封裝形式包括與EEPROM及串行閃存兼容的SOP，以及可穿戴設備用SON（Small Outline Non-leaded package）和WL-CSP（Wafer Level Chip Size Package）等超小型封裝形式的產品。同時，還有256Kbit至4Mbit的並行存儲器，使用TSOP或SOP封裝形式。在利用SRAM及數據保存用電池供電的應用中，並行存儲器被用作進一步降低能耗或減少電池的解決方案。

磁阻存儲器

磁阻存儲元件以磁性材料為信息存儲介質，磁化方向固定的參考層和磁化方向可變的自由層由絕緣層隔離開。通過磁場調節上下兩層磁性層的磁化方向平行或者反平行來建立兩個穩定狀態，在反平行狀態時通過此器件的電子會受到比較大的干擾因此表現出較高的阻值；而在平行狀態時電子受到的干擾較小得到相對低的阻值，可分別用於存儲數字信號“0”和“1”。

室温隧穿磁阻效應於1995年被發現，引發了大量的研究，現在已經在研發第二代電流驅動型自旋轉移矩磁阻存儲器STT-MRAM。目前，Everspin、IBM、Spin Transfer Technologies、Qaulcomm、Samsung、Avalanche等公司正在研發垂直STT-MRAM產品，推進磁阻存儲器的商業化。

晶圓代工廠商GlobalFoundries 表示，MRAM技術為要求苛刻的應用提供靈活的數據和代碼存儲解決方案。

GF提供高可靠性的存儲器，確保極低的誤碼率，全面融入22FDX技術，實現MRAM的大規模量產，提供宏設計服務，特別關注物聯網特性，如待機功耗優化及深度睡眠快速喚醒時間等，支持耐極端温度和輻射的設計，滿足物聯網、存儲和代碼應用。

聲明：本文由電子發燒友原創