分析师：PCM和MRAM将主导新兴存储器市场
2020-11-24
14:00:34
来源: 半导体行业观察
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MKW Ventures的Mark Webb表示，在接下来的十年中，两种新兴的非易失性存储器类型（相变存储器和磁RAM）将在独立存储器中处于领先地位。
Mark Webb在最近的虚拟闪存峰会上做了一系列演讲。他得出的结论是，尽管目前正在开发中的新兴存储器技术种类繁多，但英特尔的相变存储器（称为3D XPoint存储器或Optane）将在2025年和2030年主导独立的新兴非易失性存储器市场，这是部分原因是英特尔亏本出售内存业务的原因。
Webb将新兴内存定义为PCM，MRAM，ReRAM和FeRAM以及其他。它不包括NAND，DRAM，NOR，SRAM，EEPROM等。在这些分析中，Webb并不讨论开始受到关注的嵌入式/ SoC新兴存储器MRAM。
韦伯认为，由英特尔提供的PCM将在2025年占据独立新兴存储器市场90％的份额，而MRAM仅次于第二，在2030年仍将如此。
韦伯表示，尽管英特尔亏本出售了相变内存。但韦伯在FMS演讲中说，3D Xpoint的营业利润率非常低，并估计出售Xpoint会使英特尔每季度损失3亿多美元。韦伯说，尽管随着内存生产规模的扩大，这种损失可能会减少，但这种损失将持续下去。
他补充说，没关系。永久内存非常适合数据中心，可以将英特尔架构与AMD和其他竞争对手区分开来。韦伯说，内存余量并不是英特尔的目标。
韦伯在一篇博客文章中说：“我们预测Optane的收入将大幅增长，这仅仅是因为英特尔正在向它投资数十亿美元，并正在为其发展新的总线连接。如果没有英特尔，则将数字除以5到10。”
尽管韦伯的分析对于诸如ReRAM和FeRAM之类的替代存储器的支持者似乎是黯淡的，但他提供了一些理由。他指出，在英特尔和美光共同推出PCM五年后，除对英特尔的销售外，美光的年销售额还不到1000万美元。韦伯表示，在同意一项技术可行之后，要想达到高产量，需要很长时间。
韦伯观察到：“如果ReRAM或FeRAM起飞，它将在四到五年内，并且不会取代其他市场。”
延伸阅读：
MRAM/ReRAM/PCM/XPoint/FRAM谁主沉浮？
PCM：也称为PRAM，相变存储器技术基于在正常环境温度下无定形或结晶的材料。晶态具有低电阻，非晶态具有高电阻。
在化学和物理学中，任何无定形的物质都被称为液态或气态。固态，液态和气态也称为“相位”。相变存储器的名称源于位单元在晶相和非晶相之间切换的结果。
自20世纪60年代开始研究以来，PCM 于2006年首次出货。该技术通常基于硫属化物玻璃（chalcogenide glasses），英特尔/美光联合开发的3D XPOINT内存就是基于PCM的。PCM的最大优势是：它可以使用简单的2端二极管，而不是双向器件进行选择，因为在设置、复位或读取位时电流的运行方向相同。
MRAM：
磁性RAM基于巨磁阻（GMR），其自20世纪90年代初以来一直用于HDD记录头。当多层GMR堆叠的某些层在相同方向上被磁化时，另一层将表现为低电阻。当它们以相反方向磁化时，层的电阻会很高。这种磁化可以通过导线周围的场（Toggle Mode MRAM）产生，也可以通过使正向或反向电流通过位单元（Spin-Tunnel Torque或STT MRAM）来实现。目前，这两种产品都有出货。
MRAM已经获得了大量投资，这产生了许多STT MRAM变体，包括垂直STT、过程自旋扭矩、旋转轨道扭矩（SOT）等。尽管迄今为止所有设备都使用了三端选择器，但最近的研究表明，未来几年可能会使用双端选择器。
ReRAM：
电阻式RAM有许多名称，ReRAM、RRAM和Memristor是最常见的。ReRAM最广泛的定义包括使用电阻存储元件的任何存储器; 包括PCM和MRAM。为了将它们区分开来，这里的ReRAM是任何非PCM或MRAM的、基于电阻的存储技术。
大多数ReRAM中的位设置/复位机制涉及金属丝或氧空位的产生和消除：原子实际上在器件内移动。这自然会导致磨损，但研究人员认为这种磨损可以大大低于NAND闪存。该过程使用正向和反向电流，这有时使得三端子选择器比双端子选择器更容易使用。但是，某些ReRAM可以与双端选择器配合使用，某些变体甚至可以在位单元内执行选择。这使得它们在单层中使用时是经济的，并且允许它们在多层中构造以进一步降低成本。
虽然大多数ReRAM使用新材料，但一些公司已经开发出可以使用已经用于大批量芯片生产的成熟材料制造。目前，某些ReRAM已经批量出货。
FRAM：
铁电存储器，FRAM或FeRAM，但它并不使用铁，这项技术之所以这样命名，是因为它的机制与铁被磁化和去磁时的机制十分类似。在一个方向上的电流将使FRAM单元内的原子转移到分子的一端，反向电流将它们转移到另一端。
FRAM通常不是电阻存储器。今天生产的FRAM使用破坏性读取机制，其向单元施加写入电压。如果电流流动，则意味着原子从单元的一端移动到另一端，并且单元处于擦除状态。如果没有电流流动，则原子已经在电池的那一端。如果读取操作导致原子移动，则在读取单元格之后必须将该原子恢复到原始位置。
最近的研究发现，FRAM可以使用氧化铪制成，氧化铪是一种广泛应用于半导体工厂的材料。这是FRAM区别于其他新兴存储技术的决定性优势。目前的FRAM使用三端选择器，这对其承载能力有一定限制。
其他技术：
NRAM由碳纳米管，石墨烯存储器，导电电子RAM（CeRAM）和上述技术的变体制成，如聚合物铁电体，铁电隧道结（FTJ），铁电FET（FeFET），界面PCM（iPCM，也称为Superlattice PCM或TRAM），磁电RAM（MeRAM），Racetrack Memory等等。
综上，当DRAM和NAND闪存无法继续降低成本时，所有新技术都会争夺下一代存储市场地位，但在此之前必须克服诸多技术和应用障碍。
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