MRAM、STT-RAM、PCM、FeRAM、RRAM五种五种储存技术介绍

新兴的非易失性存储器受到许多关注,这些新兴的存储器技术将会主导下一代存储器市场。

非易失性存储器,特别是具有大块(或“扇区”)擦除机制的Flash“闪存”存储器,在过去10年中一直是半导体业务中增长最快的部分。

这些新兴技术中的一些包括MRAMFeRAMPCM,自旋转移矩随机存取存储器(STT-RAM),RRAM和忆阻器。非易失性存储器,特别是具有大块(或“扇区”)擦除机制的Flash“闪存”存储器,在过去10年中一直是半导体业务中增长最快的部分。

这些新兴的非易失性存储器技术主要有五种类型:

  • 闪存(Flash),
  • 铁电随机存取存储器(FeRAM),
  • 磁性随机存取存储器(MRAM),
  • 相变存储器(PCM)和RRAM。

非易失性存储器,特别是具有大块(或“扇区”)擦除机制的Flash“闪存”存储器,在过去10年中一直是半导体业务中增长最快的部分。

这些新兴技术中的一些包括MRAM,FeRAM,PCM,自旋转移矩随机存取存储器(STT-RAM),RRAM和忆阻器。

MRAM 非易失性存储器

MRAM是非易失性存储器。与DRAM不同,数据不是存储在电荷流中,而是存储在磁性存储元件中。存储元件由两个铁磁板形成,每个铁磁板都可以保持磁场,并由薄的绝缘层隔开。两块板之一是设置为特定极性的永磁体。另一个字段可以更改以匹配外部字段的字段以存储内存。

STT-RAM自旋转移扭矩随机存取存储器

STT-RAM是MRAM(非易失性)的升级技术,但具有比传统MRAM更好的可伸缩性。STT是一种效果,其中可以使用自旋极化电流来修改磁性隧道结或自旋阀中磁性层的方向。自旋转移转矩技术具有使MRAM器件结合低电流要求和降低成本的潜力。然而,目前,对于大多数商业应用而言,重新定向磁化所需的电流量太高。

STT RAM(Shared Transistor Technology Random Access Memory) STT-RAM写入数据的自旋矩传输(STT)方法 ,

STT-RAM属于第二代MRAM技术,是一种新型的动态存储技术,STT RAM一直被考虑作为片上SRAM缓存的替代技术。

PCM相变内存

PCM是基于硫族化物玻璃的非晶态和结晶态之间可逆的相变的非易失性随机存取存储器,也称为电子统一存储器(OUM),可通过加热和冷却玻璃来实现。它利用了硫族化物(一种已用于制造CD的材料)的独特性能,因此,电流通过所产生的热量会在两种状态之间切换该材料。不同的状态具有不同的电阻,可用于存储数据。

浮栅非易失性半导体存储器(NVSM)具有高密度和保留能力,但是其编程/擦除速度较低。DRAM具有高速度(大约10 ns)和高密度,但它易失。另一方面,SRAM具有极高的速度(约5 ns),但受到极低的密度和挥发性的限制。

相变内存(PCM)的概念提了很多年,但早已经不是空中楼阁,而是悄然进入了实用。美光去年就首次实现了相变内存的量产,并在年底宣布已经用于诺基亚的Asha系列手机。

相变内存听起来很高端,但也没有什么神秘的。它综合了NOR、NAND等闪存的非易失性,RAM、EEPROM的位可变性、高速读写,可广泛用于PC、手机、嵌入式、消费电子等领域。

最早开发相变内存的是Numonyx(恒忆),意法半导体、Intel各自内存部门分离出来后在2008年初共同成立的一家新公司,后来被美光收购。2009年,美光展示了1Gb相变内存,45nm工艺制造,存储单元面积0.015平方微米。2011年,三星投产了NOR兼容的65nm相变内存,并用在了三星自己的GT-E2550 GSM功能手机中,但产量和销量都极少。

2013年初,美光终于量产了面向手机的相变内存,使用45nm工艺,而且首次使用了MCP多芯片封装,以及普通的LPDDR2内存接口,LPDDR2-PCM、LPDDR2-DARM这两个内核共用同样的内存总线。

预计PCM将具有比其他新兴技术更好的可伸缩性。

RRAM是类似于PCM的非易失性存储器。该技术概念是使通常绝缘的电介质通过施加足够高电压后形成的灯丝或导电路径导通。可以说,这是一种忆阻器技术,RRAM应被视为挑战NAND闪存的强大候选者。

目前,FRAM,MRAM,PCM和PCM已投入商业生产,但相对于DRAM和NAND闪存,仍然仅限于特殊应用。有人认为,MRAM,STT-RAM和RRAM是最有前途的新兴技术,但距离为行业采用而竞争还差很多年。

任何新技术都必须能够提供大多数以下属性,才有可能以大规模推动行业采用:该技术的可扩展性,设备的速度和功耗要优于现有的存储器。

NVSM启发了人们对新型非易失性存储器的认识,这将成功地导致统一存储器的实现和商业化。

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