一种新型的RRAM存储器

2021-12-04 14:00:15 来源: 半导体行业观察

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在一项有望极大地推进电阻RAM (RRAM)设备的内存储能的突破中，CEA-Leti提出了一种“新颖的方法”，允许这些设备作为储能元件和内存运行，这取决于施加的偏差。

内存能量是内存计算的一个补充特性，这是CEA-Leti路线图中的一个重点。它可以显著减少能源使用，因为基于RRAM的电池具有高度的可扩展性和动态分配性，而且它们可以放置在靠近处理器的内存块旁边。当处理器需要峰值功率(通常来自外部电源)时，将电源放置在处理器附近特别有帮助。

这减少了传输线上的电力消耗，同时提高了电力输送网络(PDN)的效率。除了显示出更高的能量和功率密度外，CEA-Leti提出的混合双行为器件也与CMOS制造工艺兼容。

CEA-Leti的高级专家GaëlPillonet表示：“我们的工作试图用一种创新的方法来解决现代对节能计算的需求，这与当前最先进的解决方案截然不同。这种能力将是非常有益的，允许本地化和高带宽的能源供应到附近的处理单元和内存。我们的研究是关于在RRAM中实际实施纳米电池效应的可行性的第一份报告，量化了能量和功率密度的能力，并与当前的最佳解决方案进行了比较。”

RRAM因其在可扩展性、成本和CMOS工艺兼容性方面的良好性能，被认为是下一代内存的主要候选者。

研究结果在《先进电子材料》杂志的一篇题为《电阻式随机存取存储器的记忆能量应用》（InMemory Energy Application for Resistive Random-Access Memory）中进行了报道。

高能量和功率密度是由于研究中的 RRAM 设备依赖感应电流的过程中将信息存储在活动体积内，从而使提取的值（功率和能量密度）远远超过静电电容器，可与微型超级电容器相媲美。

此外，该技术具有更大的可扩展性：电池的面积低至10-7平方毫米，而不损失储能能力，而超级电容器的面积约为10-3平方毫米。这意味着该设备的可扩展性是最小功耗的微型超级电容的104倍。

RRAM器件的小物理尺度允许其具有高能量可扩展性，其中包括亚纳米厚的部分长丝来存储能量：典型的器件面积在[0.1-1]10-7平方毫米范围内，并预计在不久的将来会缩小规模。

这些能量消耗削减、双行为设备的预计应用包括能量到内存(NAND和NOR Flash)、能量到逻辑(物联网处理器)和神经形态应用(突触技术)。

“我们的研究指出，与标准固态电池和微型超级电容器不同，RRAM中的能量存储具有类似于记忆效应的‘局部’特性，因此不会随着设备面积的增加而增加，”该论文的作者之一、博士研究员保拉·特罗蒂(Paola Trotti)说。“因此，减小样品的尺寸，并将它们平行连接，应该可以实现更高的能量密度。此外，CMOS兼容性支持降低比例，这将随着更先进的技术节点而增加。”

这项研究只是第一步。未来的工作目标是量化输出电压，循环效率，放电模式下的实验能量和功率密度能力，以及适当的外围电路来处理内存/储能双操作。更迫切的是，将探索新的设计解决方案，优化内存和能源性能，将该技术带入应用水平。

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