中芯国际投产ReRAM的内幕

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比NAND闪存更快千倍 40纳米ReRAM在中芯国际投产引起业界关注！曾经一度大举退出内存生产的中芯国际，为何锁定瞄准ReRAM？主要原因在于ReRAM应用在物联网(IoT)装置拥有愈长的电池续航力，一来可节省维护成本、二来有助提高物联网基础设施可持续性。

现阶段业界也在寻找可大幅降低物联网装置能源消耗的办法，为此业界发现物联网芯片中内嵌「可变电阻式内存」(ReRAM)，有助达成此一节能目标。

据Embedded Computing Design报导，若要达到物联网应用的能源采用要求，需要导入各式节能策略，即使多数物联网装置设计成可休眠或待命的模式，但再怎么说物联网装置仍有一定比例时间在运作，因此如何节能仍是一大技术重点。

其中嵌入式内存在协助物联网芯片节能上便扮演要角，因具备低功耗及低电压操作、单体IC、快速读写时间、非挥发性以及高容量等有助提升物联网装置能源效率的优势。

ReRAM不同于传统Flash内存技术，ReRAM内存是以字节进行寻址，能以小型页(page)进行建构，因此ReRAM能够独立抹除及再写入，能够大幅简化储存控制器的复杂性。

ReRAM储存单元通常在两个金属电极之间部署一个切换材料，当施加电压时该材料能够显现出不同的阻力特性，该切换材料及内存储存单元如何进行组构，就成为决定ReRAM节电性的关键。该切换材料为灯丝纳米粒子(Filamentary nanoparticle)，以及不具导电性的非晶硅(a-Si)这类简易CMOS兼容性材料。

例如Crossbar ReRAM技术，是基于采用对CMOS友善的材料及标准CMOS制程的简易两个终端装置结构所开发，能够轻易与CMOS逻辑电路进行整合，且能够以现有CMOS厂房生产，无需采特殊的设备或材料。

藉由低温BEOL制程，可将多层ReRAM数组整合至CMOS晶圆之上，用以打造系统单芯片(SoC)及其他拥有大量3D单片内嵌式RRAM储存的芯片产品。因此相较于传统Flash内存，ReRAM具备节能、延长寿命及读写延迟等显着优势。

在程序化效能及功耗表现上，ReRAM每储存单位程序化耗能为64皮焦耳(pJ)，比传统NAND Flash表现好上2成以上。另外更低且更可预测的读写延迟，也有助藉由缩短编码获取或数据串流的时间，达到减少能耗的效果。

在系统层次，若能在SoC中内建储存内存，也有助透过减少或省去对外部内存的近用，在更无需I/O操作下达到节能功效。值得注意的是，ReRAM技术是采用一项基于电场的切换机制，因此可创造高度可靠性及在较广泛不同温度情况下的高稳定表现。

基于ReRAM能够内建于SoC、逻辑芯片、模拟芯片及射频(RF)芯片等各类可能的物联网芯片技术领域，将有助延长物联网芯片续航力达数年都无需更换电池或整颗芯片的程度。除了节能外，ReRAM也具备制程及成本效益、高稳定及可靠性，以及单片IC整合至单芯片物联网系统解决方案的效益及技术优势。

有鉴于未来几年全球物联网应用可望持续蓬勃起飞，若未来ReRAM技术成为全球物联网芯片主流内存解决方案，将有助除去运算与数据储存之间的界线，有利于以数据为中心的运算架构发展。

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