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ReRAM准备走出实验室了吗?

时间:2020-04-09 作者:Gary Hilson 阅读:
尽管可变电阻式内存(ReRAM)潜力巨大,但至今尚未投入量产。ReRAM是“新兴”内存的代表,它们大多都还处于研发阶段…
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Objective Analysis首席分析师、《新兴内存加速发展》(Emerging Memories Ramp Up)这份报告的合著者Jim Handy认为,“ReRAM的主要进展还是在研发上。”许多小公司(如Crossbar和Weebit Nano)致力于将其商业化,法国CEA Tech旗下的Leti技术研究所正进行了大量研究工作。DRAM制造商也开始涉足其中,Handy指出,但是,尽管每个能够提供MRAM的代工厂都具有一定的ReRAM生产能力,目前却没有人急于推出产品。

实质上,一些大内存制造商都采取了两边下注的策略。Handy认为:“他们要确保一旦DRAM和NAND闪存不能再满足市场发展需求,必须有一些研究成果可以取而代之。”因此那些小公司投入重金进行研发,看是否可以撑到大规模商业应用来临的一刻。Handy提到,Adesto Technologies (出刊前该公司已被Dialog Semiconductor收购)推出了作为公司创立之本的CBRAM (已注册商标),除此之外,ReRAM产品目前还很少。

ReRAM能够仿真大脑为人工智能(AI)应用创建神经网络,因此激发了人们对新兴内存的浓厚兴趣。Handy说:“实际上,人们讨论神经图(neural map)已经很长时间了,但是还没人真正实现它并将其投入生产。”不过也有人说神经网络可以采用普通闪存。他认为,“如果闪存能够做到这一点,人们可能会放弃ReRAM。”

图1:近期成立了采用ReRAM创建人工智能平台的联盟,Crossbar是创始成员之一。
(来源:Crossbar)

在2019年IEEE国际电子设备会议(IEDM)上,Leti展示了其研究工作,即如何利用基于ReRAM的突触和模拟棘波神经元,制造出全整合仿生神经网络——与使用普通编码的等效芯片相比,其能耗降低了5倍。这种神经网络实现使突触靠近神经元放置,从而可以直接进行突触电流整合。

2020年初,ReRAM制造商Crossbar和其他几家公司共同成立了一个名为SCAiLE (SCalable AI for Learning at the Edge)的AI联盟,致力于提供加速、节能的AI平台。联盟的主要工作是将ReRAM与先进的加速硬件,以及优化的神经网络结合,以产生具有无监督学习(unsupervised learning)和事件辨识能力且低功耗的现成解决方案。

Handy指出,在大肆宣扬的神经网络之外,ReRAM的市场应用有两种:一种是作为独立的组件包含在芯片当中,例如EERAM;另一种是作为内存嵌入SoC或微控制器中。Handy认为,ReRAM作为独立组件的应用较有吸引力,因为它可以跟备用电池一起替代SRAM,以避免停电时丧失信息;而嵌入式应用则更有趣,因为NOR闪存制程难以突破28nm。“一些大的代工厂,以及微控制器制造商都在想尽方法使内存制程缩至28nm以下,ReRAM和MRAM可望实现这一目标。”

Weebit Nano是一家积极将ReRAM应用于神经网络的公司,但其CEO Coby Hanoch也表示,首先进入市场的很可能是一些更常见的应用。不过,他认为ReRAM总体来说正在不断发展。“大一些的公司现在越来越重视它,而新创公司也开始取得进展。”Weebit对自己的技术充满信心,积极向客户进行推广。Weebit最近宣布芯天下(XTX Technology)将采用其氧化硅ReRAM技术,芯天下是一家为消费电子产品、工业嵌入式系统、电信和网络应用提供内存解决方案的中国供货商。“我们正进行产品化和商业化,预计到2021年,我们可能会开始卖出产品,将ReRAM继续向前推进。”

图2:Weebit的ReRAM单元由两个金属层和金属层中的二氧化硅(SiOx)组成,两层之间的二氧化硅可用于现有生产线。
(来源:Weebit Nano)

Hanoch表示,过去一年来,业界对于生产ReRAM的兴趣越来越浓,Weebit则透过实现超过一百万次的耐久性测试来检验其技术。“我们的产品可以在150度下工作10年,”Hanoch提到,“这项技术变得越来越成熟,真的已可问世。”

尽管大家都知道Weebit在神经网络方面所做的努力,但Hanoch表示,公司第一阶段的目标仍然是嵌入式市场。ReRAM在嵌入式领域具有明显优势,例如,用更快、功耗更低的ReRAM组件代替闪存技术和外部非挥发性内存,这种方案优于MRAM解决方案,因为Weebit的氧化硅ReRAM采用的标准材料更适合现有的产线。“我们发现只需添加一两个光罩即可进行制造。”

图3:Applied Materials发布其Endura Impulse PVD平台,可精确沉积并控制ReRAM中使用的多种材料。
(来源:Applied Materials)

内存芯片的制造也是其成功的一个关键因素。美商应用材料公司(Applied Materials)先进制程技术开发总经理Mahendra Pakala认为,对ReRAM来说,均匀性和接口控制在制造过程中至关重要。该公司去年发布了用于ReRAM的Endura Impulse PVD平台,该平台最多拥有9个配备板载计量装置的真空处理室,可精确沉积和控制ReRAM中使用的多种材料,这对于在生产中实现高性能、高可靠性和高耐久性非常重要。“处理室中至少有五到六层不同的材料和外罩,处理条件也不同,因而可以形成合适的接口。”

Pakala表示,当ReRAM尺寸变大时,就要使用不同的材料系统,这是当前的研发重点。“目前我们处于材料筛选的开发阶段,一切都还早。”与Weebit一样,Applied Materials也看到ReRAM在嵌入式应用中越来越受欢迎,但要使审慎的ReRAM产品投入商用,还有很多工作要做。他提到,为了发展ReRAM和其他新兴内存,必须建立相应的生态系统,为此Applied Materials创办了材料工程技术推动中心(META Center),促进研究人员、设备供货商和制造商在开发初期互相协作,从而加快从“实验室到晶圆厂”(lab to fab)的进展。

Hanoch表示,无论是嵌入式的还是离散式,ReRAM之所以具有吸引力,主要是因为低功耗(Leti最近的展示就是一个例子),因而非常适合物联网(IoT)应用。Hanoch指出:“ReRAM在速度和低功耗方面具有很大优势。”他提到,嵌入式应用是ReRAM最容易实现的目标,因此这是Weebit短期内的工作重点,但公司同时也在积极计划开发独立的ReRAM产品。

Hanoch表示,随着完成的商业交易越来越多,客户信心会不断增强,可以说,ReRAM将在未来3~4年内迎来快速成长。他认为,“到那时候一定会发生。”而引起广泛关注的神经形态应用至少还需要五年的时间,“在其产品化之前还需要做许多研究,但是一旦完成,这可能会是ReRAM的最大市场,其潜力不可估算。”

(参考原文:Is ReRAM Ready to Leave the R&D Phase?,by Gary Hilson)

相关阅读:嵌入式系统开发商采用Serial NAND Flash做为AI系统储存内存的优势

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Gary Hilson
EE Times特约编辑。Gary Hilson是一位自由撰稿人和编辑,曾为北美地区的印刷和电子出版物撰写过大量稿件。 他感兴趣的领域包括软件、企业级和网络技术、基础研究和教育市场,以及可持续交通系统和社会新闻。 他的文章发表于Network Computing,InformationWeek,Computing Canada,Computer Dealer News,Toronto Business Times,Strategy Magazine和Ottawa Citizen。
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