富士通量产新型内存NRAM 性能是DRAM 1000倍

2016-09-03 11:32:20     作者:文心      来源:腾讯数码

标签: 富士通 NRAM DRAM 闪存

由于采用碳纳米管技术,NRAM具有近乎无限的使用寿命。另外,它还有数度快、耐高温等优点。

腾讯数码讯(文心)据Computerworld网站报道,富士通半导体成为宣布量产一种性能是DRAM 1000倍、但像NAND闪存那样存储数据的新型内存芯片的首家厂商。

这种被称作Nano-RAM(NRAM)的新型非挥发性内存是去年首次公布的,采用碳纳米管技术。

富士通半导体计划到2018年底开发一款采用DDR4接口的定制嵌入式存储级内存模块,目标是打造一个单独的NRAM产品系列。单独内存模块将通过经销商销售。

据发明NRAM的Nantero公司称,去年全球各地有7家半导体工厂试生产NRAM。

富士通计划最初利用55纳米工艺生产NRAM,这使得最初的NRAM内存模块只能存储数MB数据。据Nantero首席执行官格雷格·夏莫古(Greg Schmergel)称,但富士通还计划利用40纳米工艺生产NRAM。

初期NRAM产品将面向数据中心和服务器,但随着时间推移,它可能会用于消费类产品,甚至应用到移动设备。夏莫古表示,由于NRAM能耗极低,不需要后台的数据擦除操作,它可能把移动设备的待机时间延长至数个月。

富士通没有表明其最初的NRAM产品是否采用DIMM设计,但夏莫古表示,另外一家制造合作伙伴的“NRAM产品将采用DIMM设计,而且兼容DDR4”。

夏莫古说,“我们还在与其他数家制造商合作,例如,其中一家就采用28纳米工艺,推出一款容量达数GB的单独内存产品。”夏莫古指的就是采用DIMM设计的这家制造商。

Computerworld表示,目前,NRAM在生产时采用二维设计,这意味着内存单元在二维平面内水平排列。但是,与NAND闪存一样,Nantero在开发一种三维多层架构的NRAM,将极大地提高存储密度。

夏莫古表示,“我们将比计划更早地采用3D设计,因为客户要求提高存储密度。我们预计每家厂商产品的存储密度都各不相同,大多数厂商生产4-8层的芯片,我们可以增加更多层数。纳米管技术不会拖存储密度的后腿。”

夏古尔说,目前NRAM生产成本约为DRAM一半,随着存储密度的提高,生产成本也将下降——这与NAND芯片产业相似。

半导体市场研究公司Objective Analysis首席分析师吉姆·汉迪(Jim Handy)在一封电子邮件中向Computerworld表示,“我的理解是,目前Nantero计划以集成在MCU(微控制器)和ASIC(专用集成电路)中的嵌入式内存方式,在市场上推出NRAM。这是一个很好的策略,因为闪存工艺落后于MCU和ASIC。”

汉迪说,“NRAM等替代性技术很有可能达到很高销量。之后,它会挑战DRAM,但是,在销量接近DRAM前,NRAM成本无法匹敌DRAM。”

据汉迪称,如果DRAM市场停止增长,NRAM将有很大的机遇,因为其市场有望以比DRAM难以企及的更低价格增长。

夏莫古表示,由于NRAM存储容量随着存储密度提高而增长,随着生产成本随规模增加而下跌,它有朝一日能取代NAND闪存,“未来数年我们将致力于与DRAM竞争,NRAM无需与NAND闪存比成本”。

NRAM针对传统闪存的一大优势是其使用寿命。闪存只能保持有限数量的编程/擦除周期——在内存开始出问题前通常是5000-8000次。支持纠错码、带有磨损均衡软件的最好的NAND闪存,使用寿命可以达到10万个编程/擦除周期。

碳纳米管强度很高——非常高。事实上,碳纳米管强度是钢铁的50倍,直径只相当于人类头发丝的5万分之一。由于碳纳米管的强度,NRAM写入次数远高于NAND闪存。据夏莫古称,NRAM的编程/擦写周期几乎是无限的。

夏莫古说,Nantero进行的测试表明,NRAM使用寿命达10的12次方个编程/擦除周期,可以读取10的15次方次数据。

2014年,日本中央大学一个研究团队的测试表明,NRAM使用寿命可以达到10的11次方个编程/擦除周期,即可以写入逾10亿次。夏莫古说,“我们预计其使用寿命是无限的。”

虽然有朝一日NRAM能取代NAND闪存,但受成本的影响,Nantero及其制造合作伙伴致力于让它取代DRAM。NRAM生产成本是传统内存的约一半。

NRAM的另外一个优势是它采用DDR4接口,因此其数据传输速率可以高达2400 Mbps,是NAND闪存的逾2倍。夏莫古表示,但是,NRAM原生读写速度是NAND闪存数千倍,瓶颈是DDR4规范。

夏莫古说,“碳纳米管开关速度以皮秒计算。”1皮秒相当于1万亿分之一秒。

由于Nantero在设计NRAM时采用了DDR4接口,速度将受到这种总线接口的限制。因此,NRAM潜在速度可能达到DRAM的1000倍。

Computerworld 称,NRAM另外一个优势是它耐极端高温。NRAM可以耐300摄氏度的高温。Nantero称,在85摄氏度环境中,NRAM能正常运行数千年,并已经在300摄氏度环境中测试了10年时间。Nantero表示,在测试中NRAM没有丢失一位数据。

NRAM工作原理

碳纳米管是由催化剂微粒(最常见的是铁元素)生长而来的。每个NRAM“单元”或晶体管由一个碳纳米管网络组成,其工作原理与其他非挥发性RAM技术相同。

相互不接触的碳纳米管呈现高电阻状态,代表“关闭”或“0”状态;当碳纳米管相互接触时,它们呈现低电阻状态,代表“开启”或“1”状态。

据汉迪称,在新型内存方面,NRAM的竞争对手有许多新兴技术,它们将在速度、耐用度和容量方面挑战NAND闪存。例如,铁电RAM(FRAM)出货量相当高;IBM开发了赛道内存;英特尔、IBM和Numonyx都开始生产相变内存;自1990年代以来,磁阻内存(MRAM)一直在开发中;惠普和海力士在开发ReRAM——也被称作忆阻器;英飞凌在开发CBRAM。

NRAM的另外一个竞争对手是3D Xpoint内存,英特尔和美光今年将推出这种产品。美光将以QuantX商标销售3D Xpoint内存(英特尔将以Octane商标销售),QuantX的对手是NAND闪存,因为QuantX是一种大容量存储设备用内存芯片,与DRAM相比,它速度、生产成本低,但速度远快于NAND。

夏莫古说,“NRAM速度堪比DRAM,但使用寿命要长得多。”

汉迪说,“NRAM应当优于3D Xpoint,后者磨损快,写入速度远慢于读取速度。如果成本可以降低到与DRAM相似的水平,NRAM就可以取代DRAM。成本是一大问题,因为价格要接近DRAM,就需要有很高销量。这是一个先有鸡还是先有蛋的问题,一旦销量足够高,成本就会下降;如果成本可以媲美DRAM,销量就会很高。”

来源:Computerworld

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