把握市场脉搏，新型存储器蓄势待发

随着微处理器主频迅速发展到目前的4GHz以上，并由单核转向多核；同时网络传输速率正迈向更高速的40Gbit/s和100Gbit/s，存储器的性能提升却远落后于摩尔定律，成为了计算机系统中的性能“瓶颈”，严重制约了计算、通信等领域的发展，也促使人们努力去探索更多的新型存储器件。这其中就包括磁阻内存(MRAM)、相变内存(PCRAM/PCM)、铁电随机存取内存(FeRAM/FRAM)、阻变存储器(ReRAM)等等，它们各有各的应用特点，可担任不同的功能角色。尤其是FeRAM存储器，由于其在需要非易失性、高可靠性、高安全性、高速写入、低功耗、高读写耐久性和抗辐射性等综合性能的应用领域中表现出众，因而得到了市场的一致好评，产品开发速度也相对较快。 FeRAM应用优势明显 对于FeRAM铁电随机存取内存的目标市场，赛普拉斯(Cypress)半导体公司中国区高级市场工程师林海平归纳道：“总的来说，FeRAM主要适用于系统掉电时需要快速、可靠地存储系统关键数据，并对存储器的擦写次数有特殊要求的应用场合，如多动能打印机、工业控制与自动化系统、穿戴式医疗设备、测试测量设备、智能表、流量表、航空航天军工以及汽车电子等领域。”

赛普拉斯(Cypress)半导体公司中国区高级市场工程师林海平

与现有的存储器相比，FeRAM既具有SRAM快速读写的特性，又具有EEPROM、FLASH掉电数据不会丢失的优点；并且相比于EEPROM和FLASH，FeRAM还具备几乎无限次擦写的使用寿命，而EEPROM的擦写次数大概只有100万次、FLASH也只在10万次左右。 “在以往的产品开发过程中，大量的数据采集对于工程师来说一直是件头疼的事情，数据需要不断地高速写入，传统的存储技术如EERPOM、FLASH的写入寿命和读写速度往往不能满足其要求。作为新一代存储器技术，FeRAM则可以帮助用户解决这些问题，因此被广泛应用在仪器仪表、工业控制、汽车电子等众多行业市场上。”富士通半导体(上海)有限公司高级产品工程师伍宏杰说。 据有关专业调研机构的统计，2014年全球FeRAM整体市场的规模约为4.9亿美元，且至2018年，该市场每年将以平均10%的速度增长。大多数业内人士认为，FeRAM存储器市场仍在不断发展与演变的过程中，在产品开发上的重要任务是实现更佳的产品性价比、更大的产品容量，以及更低的工作电压与功耗，伴随着FeRAM应用市场的逐渐成熟，其将有很大机会替代相当一部分EEPROM 与FLASH的市场。 对此，ROHM相关负责人也同样指出，FeRAM存储器现阶段市场的不断扩大以及向新应用领域的扩张是可以预见的。相对于FLASH等已有的非易失存储器来说，FeRAM存储器拥有100万倍以上的重写次数，重写速度大约为150n秒，主要针对的是车载导航和车载音响等车载辅助设备、智能电表等工业设备、复印机等办公设备，以及电视会议系统和照相机等消费电子设备市场，用于平时获取原始数据及紧急备份等用途。凭借着现有非易失存储器所无法实现的重写次数和重写速度，FeRAM存储器可以达成对应用的最优化，从而对整体系统的成本控制做出贡献。 本文下一页：市场范围不断向外拓展 {pagination} 市场范围不断向外拓展 就目前实际的使用情况，林海平进一步介绍道：“目前FeRAM的用户反馈非常良好，因为我们帮助他们解决了掉电关键数据存储以及无限次存储数据的难题。工程师已经对这类产品相当熟悉，从消费电子的多功能打印机、智能表，到工业设备、高可靠性的数控设备、汽车电子以及航空航天设备等等，FeRAM存储器都已取得了规模化应用的成果。” 据介绍，赛普拉斯目前新推出2Mb系列的FeRAM总共包含5个产品型号，其中，FM25V20A支持33MHz以及40Mhz SPI接口，最高可支持-40～105℃的温度范围；CY15B102A-SXE是支持25MHz SPI接口的符合AEC-Q100认证的汽车级芯片；FM28V201及FM28V202A则为并行异步接口的FeRAM产品。针对产品选型，林海平建议，用户在选用FeRAM存储器前可以考虑三个方面：一、是否需要不停地往存储器写数据，并且这些数据要求在系统断电的时候不会丢失；二、存储的数据量不会太大，一般在几十Kb到几Mb之间；三、系统是否需要存储在断电瞬间的系统数据，如果有这三项需求，则可以考虑采用FeRAM存储器。

富士通半导体(上海)有限公司高级产品工程师伍宏杰

另一方面，伍宏杰也提到，FeRAM还有一个特点是可以帮助用户节省一些外部元件(如备用电池)和缩减PCB电路板空间，在提升产品性能的同时还能令用户节约成本，这也是许多用户愿意选用这一方案的主要原因之一。目前富士通FeRAM产品线涵盖SPI和IIC串行接口，及并行接口；未来时间内，公司计划继续完善其产品线，将更多高可靠性的FeRAM新产品带入到不同的应用市场上。例如在工业控制领域，很多用户需要大容量的存储，富士通会通过开发一些大容量FeRAM来满足这些行业用户的要求。此外，公司还会考虑在单体FeRAM产品中增加一些电路单元，如RTC、看门“狗”之类的功能，以符合某些工业应用的特定需求，同时还会为用户增添更多的附加价值，省去外部部分元件的成本，进一步提高系统的可靠性。而在生产和供货方面，由于富士通掌握着FeRAM整体开发、量产及组装程序，加上多年的丰富经验，使得公司能够保证FeRAM产品的高质量和稳定供应，目前富士通半导体还在低功耗制造工艺上不断创新，进一步降低成本价格，实现大容量化。 罗姆集团旗下LAPIS Semiconductor的最新FeRAM产品是2Mbit SPI接口的FeRAM“MR45V200A”，其工作频率最大为34MHz、电源电压范围2.7～3.6V、温度范围 -40～85℃，可满足工业设备和车载辅助设备等对温度要求较高的应用场所；另外，为了保证较高的连续可靠性，所有产品都搭载了ECC(错误修正功能)，并采用了Cu导线对接口。ROHM相关负责人表示，在未来的产品开发上，将通过1T1C元件构造使产品阵容不断扩大，并逐步缩小存储器元件的体积，预计中容量产品线(4M～16Mb)将得到扩充，以推动FeRAM存储器市场的进一步扩展。 本文下一页：新型存储器技术百花齐放 {pagination} 新型存储器技术百花齐放 除了FeRAM存储技术之外，近年来，磁阻内存(MRAM)、相变内存(PCRAM/PCM)和阻变内存(ReRAM)等其它类型的新一代存储器在开发上都取得了显著进展，各主要研发机构均纷纷公布了新产品的量产时间表。 根据存储产业顾问机构Coughlin Associates的报告指出，因为具备省电与非挥发特性，全球磁阻内存MRAM/STT MRAM市场的营收规模可望由2013年的1.9亿美元，到2019年成长至21亿美元左右，期间的复合年平均成长率(CAGR)预计为50%。之所以能够获得如此高速有增长，主要在于MRAM是一种低耗电力且写入速度极快的非挥发性存储器，且即便切断电源资料也不会消失；和现行主流存储器DRAM相比，MRAM的存储容量及写入速度可大幅提高至10倍，且搭载MRAM的电子产品的耗电力可缩减至2/3。 目前，全球真正实现MRAM芯片量产的厂商是Everspin Technologies，产品最大内存容量为64Mb，预计128Mb、1Gb的MRAM将会在未来两年内上市，且1Gb产品有望进入消费类电子市场。另据报导，东芝也将携手韩国SK Hynix于2016年度量产MRAM内存，此外，三星电子、美光等公司都是MRAM开发领域中的佼佼者。 尽管MRAM有取代DRAM与SRAM的潜力，但另一方面，市场人士普遍认为，这一过程还需要等待相当长的一段时间。有分析师指出，最终价格与容量密度才是决定MRAM是否能大规模取代DRAM 或SRAM的关键，虽然其低功耗特性很吸引人，但大多数企业组织并不会去做那样的整体拥有成本(TCO)估算；而在目前DRAM与闪存搭配各自的技术演进仍是市场的主角，还没有被立即取代的可能性。 在相变内存(PCRAM/PCM)的开发上，宁波市时代全芯科技有限公司是继韩国三星、美国美光之后，第三家拥有90 纳米相变存储制造技术的企业。该公司董事长张龙表示：“PCM与闪存一样是非挥发性的，但它比闪存更耐用。不仅如此，PCM极大地提高了云存储数据中心里大数据交换与处理的速度，可以让人们更快速地获得想要的信息。”宁波时代全芯PCM芯片建设一期项目从去年1月起落户宁波鄞州工业园区，总投资约1.5亿美元，预计明年实现产品正式下线生产，可达到年产10万片相变存储器的规模。 而在大容量阻变存储器(ReRAM)的开发方面，近期，美光和索尼在国际固态电路研讨会上表示，两家公司所组成的共同研发小组正通过27纳米制造工艺，致力于16Gb高速ReRAM的商用化开发，并预计在2015年量产ReRAM芯片，新产品将用于存储级内存(SCM)，以弥补DRAM与NAND闪存性能的不足。另据了解，该ReRAM的容量不仅超过了目前的DRAM，而且具备了超过NAND闪存的高速性，数据传输速度在读取时为1GB/秒，写入时为200MB/秒，访问等待时间在读取时为2μs，写入时为10μs，电阻变化元件采用CuTe膜和绝缘膜的双层构造，通过铜离子的移动在元件内部形成电导电桥来改变电阻值，储存器单元由一个可选晶体管和电阻变化元件所构成。

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