英特爾和美光明年量產新一代非易失性存儲器

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英特爾和美光科技於2015年7月28日發布了「3D XPoint技術」,英特爾稱其為「自1989年NAND快閃記憶體問世以來,內存技術時隔25年多取得的新突破」。

兩家公司還利用該技術開發出了NAND快閃記憶體中比較普遍的容量為128GB的晶片。

設想應用於需要快速處理大量數據的領域。

例如採用8K超高精細影像的遊戲、面部識別及語音識別等圖案匹配、基因分析等。

兩家公司將於2015年底向特定客戶供應樣品,2016年正式開始銷售。

訪問時間與DRAM相當

簡單地概括其特點,可以說3D XPoint是訪問時間與DRAM相當的高密度存儲技術。

不過,該技術也有局限性,包括可擦寫次數不足以取代DRAM、取代NAND快閃記憶體的成本較高等。

英特爾等公布了以下三項性能:(1)訪問時間為數十ns,只有NAND快閃記憶體的1/1000,(2)可擦寫次數為數千萬(接近108)次,是NAND快閃記憶體的1000倍,(3)內存單元的密度是DRAM的10倍。

雖然訪問時間與DRAM相當,但單元密度與NAND快閃記憶體處於同等水平。

不過,可擦寫次數與DRAM相比還有很大差距。

雖然大幅高於NAND快閃記憶體,但用於需要擦寫1014~1015次的主存儲器還遠遠不夠。

英特爾副總裁、非易失存儲器解決方案事業部總經理Rob Crooke表示,「成本將介於(每GB成本在幾十~一百日元的)DRAM與(每GB成本為幾日元的)NAND之間」。

不過從目前來看,其價格可能接近DRAM。

因為美光執行長Mark Durcan說,「NAND快閃記憶體的成本非常低,新技術不會對其構成威脅」。

結構與相變存儲器專利相似

英特爾等對3D XPoint做了如下介紹:(1)是基於2層以上交叉點結構的電阻變化型非易失性存儲器,(2)材料以化合物為基礎,(3)名為「選擇器(Selector)」的取代電晶體的開關技術是一大關鍵,(4)兩家公司都從10多年以前就開始研究,從2012年開始合作開發(圖1(a))。

圖1:可能採用相變存儲器技術

3D XPoint的結構(a)和美光於2015年3月公布的基於交叉點結構的相變存儲器專利(US20150074326)中的元件結構(b)。

除有無中間電極等之外,結構基本一致。

(圖:(a)由英特爾提供,(b)中的紅字和紅框是本站記者添加的) (點擊放大)

但是,英特爾和美光並未公布具體採用了哪種非易失性存儲器技術。

NAND快閃記憶體以外的非易失性存儲器都屬於電阻變化型。

因此,各新聞媒體有著各種不同的揣測。

目前,日經技術在線預測最有可能的是相變存儲器(PCM或PCRAM)。

PCM的原理是,材料受熱量影響在非晶態和晶體態之間切換,電阻值會隨之發生變化。

這也是英特爾和美光都擁有悠久開發歷史的技術。

尤其是美光於2015年3月公開的PCM專利,其結構與3D XPoint相似(圖1(b))。

這項專利中的選擇器採用的技術是,利用與相變存儲器材料基本相同的材料實現了電流開關功能。

PCM在訪問時間、可擦寫次數及單元密度等性能方面也與3D XPoint基本一致(表1)。

部分媒體認為,雖然ReRAM被看好,但ReRAM的瓶頸在於可擦寫次數較少。

還有媒體推測3D XPoint與名為CeRAM*的PCM技術接近。

但是,CeRAM還處於開發初期,並且使用不能稱作化合物的氧化鎳(NiO)。

表1:3D Xpoint與新一代非易失性存儲器技術群進行比較

* CeRAM:correlated electron RAM。

將氧化鎳(NiO)作為相變材料的非易失性存儲技術。

利用「量子相變」性質,即材料的能帶結構在金屬與半導體之間切換的性質。

思美公司(Symetrix)是目前該技術的主要開發者。

而由PCM發展而來、提高了數據讀取時的吞吐量等的TRAM*也有2MB的試製品,3D XPoint也有可能採用這項技術。

(記者:野澤 哲生)

* TRAM:topological switching RAM。

日本產業技術綜合研究所和日本超低電壓元器件技術研究聯盟(LEAP)開發的非易失性存儲器技術。

通過優化PCM的晶體結構、縮短相變時的原子移動距離等,將數據讀取寫入時的吞吐量提高到了PCM的3倍

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