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「imtoken官网钱包」存储器行业专题研究:双墙阻碍算力升级 探讨四大新型存储应用

imtoken官网下载 [db:分类ID] 2023-07-07 16:19

传统存储难破双墙阻碍,智联时代新型存储应运而生。AIoT、5G、智能汽车等新兴应用场景对数据存储在容量、速度、功耗、成本、可靠性等层面提出更高要求。但CPU 与存储芯片间的“性能墙”与各级存储芯片间的“存储墙”成为限制传统存储器应用于新兴领域的两座难关。基于材料介质改造或技术升级的PCRAM、MRAM、ReRAM 和FeRAM 四大类新型存储,或将成为未来存储器的发展趋势之一。

模糊外存和主存界限,PCRAM 产业化面临障碍。PCRAM(相变存储器)通过改变温度实现相变材料电阻变化,以此为基础存储数据信息。PCRAM 目前无物理极限,厚度2nm 的相变材料可以实现存储功能,因此可能解决存储器工艺的物理极限问题,成为未来通用的新一代半导体存储器件之一。国际厂商英特尔先后与三星、美光合作开展PCRAM 研发,国内厂商时代全芯也已掌握研发、生产工艺和自主知识产权。但PCRMA 对温度的高敏感度、存储密度过低、高成本、低良率等问题限制其大规模产业化,2021 年美光宣布停止基于3D XPoint 技术产品的进一步开发。

MRAM产品进入量产,eMRAM替代SRAM空间大。MRAM(磁存储器)的基本单位为磁隧道结(MTJ),Everspin 为独立式MRAM 龙头,IBM、三星、瑞萨走在嵌入式MRAM 技术前沿。其中,独立式MRAM 目前已经应用于航空、航天、军工等对可靠性要求较高的领域,但市场规模较小。嵌入式MRAM已成功进入MCU 嵌入式系统,并逐步替代慢速SRAM 成为工作缓存新方案,应用于相机CMOS 等。未来嵌入式MRAM 更具成长空间,提速降价后有望替代SRAM 或eDRAM 等高速缓存,进入手机SoC 和CPU 等产品。

ReRAM有望替代eFlash,成长空间广阔。ReRAM(可变电阻式存储器)以基本单位电阻变化存储数据。Data Bridge 测算2022 年全球ReRAM 市场规模为6.07 亿美元,预计2030 年有望达到21.60 亿美元。松下、富士通等为ReRAM 产品主要设计厂商,国内兆易创新与昕原半导体也基本实现商业化。

其中,独立式ReRAM目前在工业级小容量存储得到广泛应用,并在IoT 领域逐步替代NOR FLASH,突破容量和读写速度后有望替代闪存进入企业级存储市场。嵌入式ReRAM 目前已替代eFLash 可用于模拟芯片内,进一步有望进入MCU 芯片等,技术长足发展后有望进入CPU 作为最后一级高速缓存。

FeRAM 研发正当时,多种优势突破传统存储限制。FeRAM 具有非易失性、读写速度快、寿命长、功耗低、可靠性高等特点。小部分FeRAM 产品已实现量产。但FeRAM存储密度较低,容量有限,无法完全取代DRAM与NANDFlash,在对容量要求不高、读写速度要求高、读写频率高、使用寿命要求长的场景中拥有发展潜力。国际厂商英飞凌、富士通等已实现FeRAM 在汽车电子的应用,国内厂商汇峰已实现130nm 制程FeRAM 产品小批量量产。目前FeRAM 技术瓶颈尚在,仍需继续研究突破。

四种新型存储优势各异。持久性方面,MRAM、FeRAM 较高;存储密度方面,FeRAM 较低,MRAM、PCM、RRAM 较高;读写速度方面,FeRAM最快;读写功耗方面,PCM 最高,MRAM、FeRAM、RRAM 均较低;抗辐射方面,除MRAM 外,其他均较高。

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转自民生证券股份有限公司 研究员:方竞/童秋涛

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