[原创] 昕原半导体开启ReRAM 28nm技术商用时代

存储芯片是半导体市场最大的细分领域，约占全球半导体市场的1/3。从全球市场竞争格局来看，美韩日等国际大厂在传统存储技术及市场均处于绝对领先地位，虽然当下我国已有一些在传统存储技术领域为之奋进的存储芯片企业，但仍难以改变我国在全球格局中的弱势地位。

高性能计算时代的到来，大数据、云计算和人工智能等新兴产业对大幅度降低功耗和提高能耗比提出了迫切的需求，推动着存储技术新一轮的爆发与迭代。在传统冯诺依曼计算架构中占据主要市场份额的DRAM、Flash等传统存储技术面临技术瓶颈，面对低功耗和高性能的需求，无法进行大幅度和根本性的改善，新型存储技术成为业界重点布局与探索的方向。经过10多年的努力，MRAM（磁性存储器）、PCRAM（相变存储器）、FRAM（铁电存储器）和ReRAM（阻变存储器）等新型存储技术也逐步走出实验室，在行业领先企业中进入了商用阶段。

其中，ReRAM由于密度成长空间大、生产工艺与CMOS完全兼容以及成本优势等特点吸引了国内外众多IP技术企业、大型半导体代工厂、传统存储企业和半导体初创企业投入到其商业化进程中，力争在高性能计算时代下占领存储高地。如台积电TSMC、联电UMC、Crossbar、昕原半导体、松下、东芝、索尼、美光、海力士、富士通等厂商都在开展ReRAM技术的研究和产业化推进。

值得一提的是在ReRAM等新型存储技术的发展上，我国与其他国家站在同一起跑线，这也成为我国在存储技术领域实现弯道超车的重要机遇。

近日，国内新型存储领军企业昕原半导体旗下28nm制程“昕·山文”安全存储系列ReRAM产品正式在工控领域头部企业禾川科技量产商用。这也是业界首个进入工控领域的28nm先进制程ReRAM产品。细细剖析，这款存储芯片的成功商用对我国ReRAM新型存储的产业化进程有着重要里程碑意义。

为何选择以28/22nm为突破点？昕原半导体首席营销官孟凡生向笔者介绍到，一方面是性能和成本优势，现阶段28/22nm是兼顾性能和成本比较均衡的制程节点，拥有非常好的性价比。同时也是ReRAM作为一种新型存储器技术实现高性能和低功耗的优势节点。另一方面则是源于团队十多年的研发技术积累，以及汇聚业界一流器件材料、工艺制程、芯片设计、量产应用、工厂运营等半导体全链条人才团队的技术先发和技术组合优势；此外，受益于与现有CMOS工艺良好的兼容性，ReRAM技术本身并不仅仅可以实现系统级的存储芯片，同时其也是非常好的嵌入式非挥发性记忆体（eNVM: Embedded Non-Volatile Memory）的存储介质。在汽车、工业和信息安全等SoC市场中非常有竞争力。目前在28nm/22nm及以下工艺节点，eNVM技术非常稀缺，尚没有成熟商用的技术。进入28/22nm成熟商用阶段的ReRAM技术，具有更强的差异化竞争优势和先发优势。

孟凡生同时还表示，28/22nm将是半导体企业比较长期使用的技术节点，相信众多的半导体企业将能够在昕原嵌入式ReRAM技术上建立他们自身产品的竞争优势。

作为昕原半导体28nm制程ReRAM首款进入工控领域的产品，“昕·山文”系列安全存储芯片集成有高可靠安全存储、密码算法引擎以及ReRAM PUF（Physical Unclonable Function-物理不可克隆函数）等稀缺安全特性，并提供丰富的接口和使用模式。

据昕原半导体CTO仇圣棻博士介绍，PUF也称作“芯片的指纹”，是信息安全行业的技术高地，也是难点。昕原充分利用ReRAM基本器件的高随机性和稳定性，实现了ReRAM PUF，所以“昕·山文”系列安全存储芯片具有自生唯一性和物理不可克隆性两大安全特性。该技术为ReRAM存储芯片提供了更高的抗物理攻击安全特性。而且PUF安全特性非常适合在物联网领域使用，它有效解决了物联网安全供应链和密钥管理的痛点，在安全性、成本和效率上都得到了良好的提升。

仇圣棻博士表示，昕原基于28nm工艺的ReRAM产品的良率已经超过了93%；“昕·山文”系列安全存储芯片，采用高可靠性设计，已通过JESD22 (JEDEC：固态电子器件可靠性评估验证)、JESD47 (JEDEC：集成电路的压力测试验证)等可靠性标准的验证，具有较强的防静电能力（实测HBM=5500V，CDM=500V）、较高的数据保持性（Data Retention＞10年）和数据存储耐高温性（可达150℃）。

“此款产品成功量产交付，验证了昕原ReRAM技术在28nm先进工艺节点上产品级的性能、良率，以及ReRAM技术的可靠性和稳定性。”孟凡生表示，昕原首先实现了将28nm ReRAM技术导入工控细分市场，未来将通过持续微创新、小步快跑的方式在更多元、足够大、高增长的细分市场确立绝对领先优势。

昕原半导体技术团队对中试线进行设备调试

“昕原的ReRAM有非常广阔的发展前景与强劲的发展潜力，具有高存储密度成长空间、高开关比、兼容先进CMOS工艺、更低的读写功耗、高可靠性、丰富的功能扩展性等特点，可以更好地突破高性能计算时代的“存储墙”，可以预见ReRAM在存算、存搜等创新计算领域、安全及系统级存储等领域都将有非常优秀的表现。昕原的ReRAM技术将聚焦在人工智能、高性能SoC和存储三大应用方向上。”

据昕原半导体新技术研究院负责人周博士介绍，这三大方向相辅相成、相互促进，无论是此次在ReRAM安全存储技术上的突破，还是在存算一体技术上的突破，都会一步步反馈到最终的SoC设计中去，底层逻辑是可以复用的。昕原采用先进的方法学整体布局，将底层实现技术IP化，并将配方、器件、计算单元、接口与互联等等实现标准化，首先满足昕原自己研发高性能SoC的需求，实现快速迭代，未来将其赋能到各个领域中去。

昕原研发团队持续推进芯片测试调优工作

昕原有此信心的原因在于强大的软硬件实力。新型存储技术的研发和量产可以说是一个系统性的复杂工程，它基本覆盖了半导体领域从材料到芯片量产的所有链条。ReRAM技术本身包含复杂的技术和工艺：从基本的材料配方组合成具有阻变特性的单元，再通过合适的工艺制程进行生产，形成特定的阻变特性的器件，然后将阻变器件组合起来形成存储阵列（Array），在这些过程中还需要辅助电路的支撑，以及寻址、接口、解码的配合，以此方能形成一个可用的存储单元。这些存储单元再组合功能电路、场景适配，同时还有经历长时间良率的改进、测试程序的优化，结合具体应用场景，最终才能成为一个可用的技术。

昕原聚集的世界一流半导体全链条和多维度的人才团队，能够高效地实现ReRAM存储技术的垂直整合和商业化。同时，由昕原半导体主导建设的大陆首条28/22nm ReRAM 12寸中试后道生产线已顺利完成了自主研发设备的装机验收工作，实现了中试线工艺流程的通线。在此基础上，实现ReRAM技术和工艺持续突破的同时，也能够更高效地实现ReRAM 相关产品落地。这也是在全球新型存储竞赛中，昕原半导体能够稳居前列的核心竞争力。

新型存储技术的商用化始于2010年代，如今，在物联网、数据中心、汽车等万物智联时代，未来新型存储技术市场空间高达千亿美元。昕原在28nm ReRAM先进工艺节点的产品量产突破为其奠定了巨大的竞争优势，发展前景无限可期；从长远来看，存储器技术对全球半导体产业格局的塑造更为直接。在下一代信息产业和数字经济发展中，存储器技术的基础性功能作用更加凸显，谁掌握了存储器研发和生产的核心技术，谁将在新一轮的信息产业和数字经济竞争中掌握主导权。如昕原这样的企业率先在新型存储器ReRAM上的突破，对国产替代以及带动我国存储的发展将起到很好的领导作用。