Çin çekirdeğinin seri üretiminin arifesinde, yeni bellek aygıtları büyük bir şekilde piyasaya sürüldü .. Bir "değiştirme" etkisi var mı?
Geleneksel bellek teknolojisi, Ziguang Group, Hefei Changxin ve Fujian Jinhua'nın yerli üçlüsünü yatırım yapmak için acele ettirdi.İthalatların yerli bellek yongalarıyla değiştirilmesi, bastırılması zor olan bir kır ateşi gibi.
Ancak, yaklaşık 20 yıldır uykuda olan bir başka yeni bellek teknolojisi ekibi arasında MRAM, PCRAM ve ReRAM yer alıyor.Teknoloji, malzeme ve ekipmandaki önemli atılımlardan yararlanarak, seri üretime doğru ilerliyor. Şu anda, belleğe tanık oluyoruz Tarihte bir dönüm noktası.
Ancak, zamanın bu noktasında, yerli bellek yongalarının kendi kendine yapılan "sıfır" ı kırıp seri üretime geçmesinin arifesidir.Yeni depolama teknolojilerinin geleneksel bellek DRAM, 3D NAND ve SRAM üzerinde nasıl bir etkisi olacak? Bir "değiştirme" etkisi olacak mı?
Intel 3D XPoint doğdu, endüstri umutları yeniden canlandırıyor
Yeni tarz bellekler bağımsız ürünlere bölünebilir ve geleneksel gömülü flash bellek eFlash teknolojisinin bir bölümünü değiştirmek için mantık süreçlerine gömülebilir Gömülü teknolojide, eğilim hızla olgunlaştı. Ancak, bağımsız depolama için hala üstesinden gelinmesi gereken performans ve maliyet sorunları vardır.
Bu nedenle, yeni bellek, MRAM, PCRAM, ReRAM, vb. Olsun, şu anda tüm hızıyla devam eden yerel DRAM ve 3D NAND yonga endüstrilerini etkilemeyecek, ancak Nesnelerin İnterneti tarafından yönlendirilen bulut bilgi işlem ve uç bilgi işlem gibi bazı uygulama alanları için yeni bellek eklenecek. Teknolojiden sonra, gerçekten de tüm sektörü daha da güçlü hale getirebilir.
Şekil | 3D XPoint (Kaynak: Intel)
Yaklaşık 20 yıldır yeni bellek teknolojisi önerildi ve olgunluğa giden yol şaşırtıcı. 2015 yılına kadar Intel'in 3D XPoint teknolojisinin PCRAM'a benzer bir yapı olduğu ortaya çıktı ve tüm yeni depolama teknolojisi aniden aydınlandı ve önümüzdeki birkaç yıldaki gelişme daha da şiddetli oldu.
Yeni bellek endüstrisine yakacak odun eklemek için, dünyanın önde gelen yarı iletken uygulama malzemesi MRAM, PCRAM ve ReRAM için iki makine piyasaya sürdü: Endura Clover MRAM fiziksel buhar biriktirme (PVD) makinesi ve Endura Impulse fiziksel buhar biriktirme (PVD) Makine, bu endüstrinin gelişmesi için güçlü bir itici güç haline geldi.
DeepTech, Uygulamalı Malzemeler Çin Bölümü Genel Müdürü ve Baş Teknoloji Sorumlusu Dr. Ganming Zhao ve Uygulamalı Malzemeler Metal Biriktirme Ürünleri Küresel Ürün Müdürü Dr. Chunming Zhou olmak üzere iki Applied Materials uzmanı ile bir görüşme yaptı. Depolama sektörünün tarihsel dönüm noktasına tanıklık etmek için dünyada ne gibi değişiklikler var.
Burada, DeepTech, büyük üreticilerin seri üretime başladığı yeni belleğin tam ölçekli yükselişinin temel nedenlerini, uygulama ilkelerini ve alanlarını ve sektöre sağladığı faydaları analiz ediyor.
Moore Yasası yavaş yavaş çöküyor, savaş alanında yeni hafıza hakim oluyor
1965 yılında çıkarılan Moore Yasası, 50 yılı aşkın bir süredir küresel elektronik endüstrisinde sayısız kilometre taşı yazmıştır. Ancak bugün, dört standart PPAC (Güç, Güç, Güç, Performans, Alan, Maliyet) giderek azalmaktadır.
Nesnelerin İnterneti ve bulut bilişim için gerekli olan çiplerin çoğu artık Moore Yasası tarafından sağlanmamaktadır.
"Her Şeyin İnterneti" ve "Endüstri 4.0" dönemi bağlamında veriler patladı. Örneğin, günde yaklaşık 1 GB veri tek başımıza üretiyoruz, ancak sürücüsüz bir araba kullanmak istediğinizde, bir günde üretilen veri miktarı 4000 GB'a kadar çıkabilir, bu da 4 bin kata eşittir.
2019 çok kritik bir yıl.Makinelerin ürettiği veriler, insanlar tarafından üretilen verileri geride bıraktı.Bu, insanlık tarihinde ilk kez. 2022 yılına kadar, makinelerin ürettiği verilerin insanlardan 9 kat daha fazla olabileceği tahmin ediliyor. birçok.
(Kaynak: Pixabay)
Gelecekteki dünya bilişiminin mantığı, verilerin arabalar, akıllı şehirler, akıllı evler vb. Dahil olmak üzere makinelerin koleksiyonundan gelmesidir. Üretilen tüm veriler terminalden, uçtan, çeşitli katmanlardan ve ardından buluta, büyük verilere iletilmeli ve hesaplanmalıdır. Ortalayın, tekrar hesaplayın ve terminale dönün.
Bu kısa sürede, muazzam miktarda veri aktıktan sonra hesaplanmalı, işlenmeli ve sonsuz bir şekilde yeniden iletilmelidir, bu da yonga performansı için çok zordur ve mevcut bilgi işlem mimarisi uzun zamandır temel gereksinimleri karşılayamamıştır.
Transistörleri küçültme arayışı olan geçmiş "Moore Yasası" döneminde amaç, transistör sayısını her 18 ayda bir iki yıla ikiye katlamak, ancak yasanın etkisi 14 nm'den 10 nm'ye düştükçe , 10 nm'den 7 nm ve 5 nm'ye çıkmak 4 yıl sürebilir ve daha uzun sürecektir.Intel 10 nm'nin geciktiğini ve bir anlığına bakabileceğinizi hayal edin.
Bu nedenle, giderek daha fazla insan Moore Yasasının ömrünün sonuna gelip gelmediğini tartışıyor.
Bu soruyu cevaplamak için şöyle düşünebiliriz. Geleneksel düşünceyi kullanmaya ve transistörlerin boyutunu azaltarak yoğunluğu artırmaya devam edersek, bunu yapmak gerçekten imkansızdır. Bununla birlikte, başka bir bakış açısıyla, yukarıda bahsedilen PPAC'ı gerçekleştirmenin birçok yolu vardır (güç tüketimi, performans, alan, maliyet).
(Kaynak: DeepTech)
Endüstri, Moore Yasasına devam etmek için zaten çeşitli "hileler" önermiştir.Burada, DeepTech bunu beş seviyede tartışacaktır.
Yeni mimari: Örneğin, Google'ın TPU'su ve Nvidia'nın GPU'su, bilişim, özellikle de buluttaki bilgi işlem performansını iyileştirmek için bir hızlandırıcı olarak kullanılır.
Yeni yapı: Örneğin, 3 boyutlu üç boyutlu NAND'a 2 boyutlu iki boyutlu aktarım, üç boyutlu bir yapı olduğu için her zaman istiflenebilir ve yukarı doğru alan sürekli olarak artırılabilir.
Yeni malzemeler: Geçmişte, periyodik bir element tablosu çıkarıldı. Bu birkaç element yarı iletkenlere ve transistörlere eklendi.Örneğin, bakır prosesi alüminyum prosesinin yerini alır ve kobalt bakırın yerini alır, bu da transistörün performansını önemli ölçüde artırabilir. Yeni malzemeler, PPAC'ın iyileştirilmesinde önemli bir rol oynar.
Yeni minyatürleştirme teknolojisi: ASML aşırı ultraviyole litografi EUV.
Yeni paketleme teknolojisi: Sistem düzeyinde optimum performans elde etmek için 28nm veya 5nm işlemciler, bellekler, hızlandırıcılar ve diğer farklı yongalar gibi çeşitli farklı proses teknolojilerini gelişmiş paketleme teknolojileri aracılığıyla entegre edin. Örneğin, TSMC tarafından son yıllarda başlatılan InFO, CoWoS ve 3D IC paketleme teknolojileri ile Intel tarafından başlatılan EMIB ve Forevos, hepsi arka uç sürecinden başlar ve Moore Yasasının ömrünü uzatır.
Bellek İçi Hesaplama kavramı yanıyor
Büyük veri çağı, büyük bilgi işlem taleplerinin önemini vurgular ve aynı zamanda donanım geliştirme ve yatırımın yeniden canlanmasını sağlar.Örneğin, yukarıda bahsedilen hızlandırıcılar. Tartışmanın derinliklerine inersek, burada "belleğe yakın hesaplama" olan bir kavram var. "(Near Memory Computing).
Near Memory Computing nedir? Basitçe söylemek gerekirse, geçmişte sık sık işlemcinin yeteneğinin en önemli şey olduğu "işlemcinin kraldır" olduğu fikrine kapılmıştık, ama şimdi öyle değil.
Bunun nedeni, bilgi işlem gücünün artık tek bir işlemcinin gücüyle belirlenmemesi, bunun yerine işlemci ve bellek arasındaki veri aktarımının, bilgi işlem gücünü ilerletemeyen darboğazlardan kaynaklanıyor olmasıdır.
Near Memory Computing'in tanımı, sistem düzeyinde bilgi işlem performansını artırmak için belleği ve bilgi işlem işlemcisini daha yakından bağlamak için büyük miktarda yüksek bant genişliği ve büyük kapasite kullanmaktır.
Bu kavram aslında DRAM, NAND, SRAM, vb. Gibi mevcut yapı taşları kullanılarak uygulanmaktadır ve gelecekte bilgi işlem performansını artırmak ve "Bellek Hesaplama" (Bellek İçi Hesaplama) oluşturmak için yeni bellek MRAM, ReRAM ve PCRAM ile kademeli olarak birleştirilecektir. )Yapı temeli.
Bellek İçi Hesaplama son yıllarda çok popüler bir kavram oldu, ancak bunu gerçekleştirmesi en az 3 ila 5 yıl sürebilir. Depolamayı ve işlemeyi birbirine yaklaştıran Near Memory Computing'den farklı olarak, In-Memory Computating, hesaplamalar için depolama ve işlemcileri entegre eder, böylece iletim, gecikme ve diğer sorunlar olmaz ve performans büyük ölçüde iyileştirilir.
Önümüzdeki 10 ila 20 yıl içinde, hem beyin benzeri hesaplama hem de kuantum hesaplama yukarıdaki hedeflere ulaşabilir, ancak bu teknolojiler çok iddialı.Bellek İçi Hesaplamanın amacına mümkün olan en kısa sürede ulaşılacaksa, yeni bellek en az 5 yıl içinde çok önemli bir rol oynayacak. önemli rol.
Hangi yarı iletken üreticileri yeni belleğin seri üretimine başladı
Yeni belleğin çalışma prensiplerini tartışmadan önce, hangi yarı iletken üreticilerinin MRAM, ReRAM ve diğer teknolojileri toplu olarak ürettiklerinden bahsedelim.
Şu anda araştırma ve geliştirme veya yeni bellek teknolojilerinin üretimine yatırım yapan kamp, üç kategoriye ayrılabilir.
İlk kategori: TSMC, GlobalFoundries, SMIC, Samsung Electronics vb. Dahil olmak üzere mantıksal işlem dökümhaneleri, MRAM ve ReRAM depolama teknolojilerini üretimden bağımsız değil gömülü bellek kullanımına ait olan ana akım işlem teknolojilerine yerleştirmiştir. Hafıza.
İkinci kategori: Phison ve Evenspin gibi bağımsız bellek üreticileri, SSD performansını iyileştirmek için bir önbellek görevi görmek üzere 1 Gb STT-MRAM'ı kurumsal düzeyde bir SSD sistemine entegre etmek için işbirliği yapıyor.
Üçüncü kategori: araştırma kurumları, akademik birimler vb.
Intel ve Micron tarafından ortaklaşa geliştirilen 3D XPoint teknolojisine ek olarak, MRAM, ReRAM ve PCRAM teknolojileri geliştiren büyük yarı iletken üreticileri arasında TSMC, IBM, SK Hynix, Western Digital, GlobalFoundries vb. Yer alır.
(Kaynak: DeepTech)
TSMC aslında MRAM ve ReRAM'ın teknolojik ilerlemesini teknik forumda ortaya koydu.
TSMCnin mevcut 40nm ReRAMi halihazırda seri üretim yeteneklerine sahiptir.IoT yongalarındaki geleneksel gömülü flash eFlash teknolojisinin yerini alarak bellek yongalarının 10 yıl boyunca saklanabileceğini ve 10.000 okuma ve yazma işlemine tabi tutulabileceğini vurgulamaktadır.
Dahası, TSMCnin 22 nm MRAMi de seri üretim yeteneklerine sahiptir ReRAM teknolojisinin aksine, bu MRAM teknolojisi mobil cihazlarda, yüksek performanslı bilgi işlem HPCde, otomotiv elektroniğinde ve diğer alanlarda geleneksel yerleşik flash bellek eFlash teknolojisinin yerini almak için kullanılır. .
Performans açısından, 22 nm MRAM, eFlash teknolojisinden üç kat daha hızlı yazma hızına sahiptir ve veriler 10 yıl boyunca saklanabilir ve yüksek sıcaklıklarda 1 milyon okuma ve yazmaya dayanabilir.
SK Hynix'in gelişmiş ince film teknolojisi departmanı başkanı Sung Gon Jin, DRAM ve NAND'a ek olarak, veri merkezinin verimliliğini artırmak için yeni nesil bir bellek geliştirmeye de yatırım yaptığını söyledi.
Buna ek olarak, GlobalFoundries ayrıca uzun yıllardır yeni bir gömülü depolama teknolojisi MRAM türüne yatırım yaptı ve Everspin ile ortaklaşa geliştirildi.Şirket ayrıca, karmaşık otomotiv MCU yongaları üretmek için 22 nm FD-SOI işlem akışına gömülü eMRAM teknolojisinin de eklendiğini açıkladı. Gelişmiş sürücü destek sistemi (ADAS) sistemlerinde veya diğer otomotiv sistemlerinde kullanılır.
Şekil | GlobalFoundries (Kaynak: DeepTech)
Yeni hafızanın ilkeleri ve uygulama alanları
MRAM manyetik bir rasgele erişim hafızasıdır.Yapısı, transistörlerdeki hafıza hücrelerinin arka uçta birbirine bağlanması ve "silikon" alanını bile işgal etmemesidir.Doğrudan mantık devresine gömülebilir, bu nedenle çok küçük yapılabilir. Transistör bir hafıza hücresidir.
Ayrıca, PCRAM bir faz değişimli rastgele erişim hafızasıdır ve ReRAM dirençli bir rastgele erişim hafızasıdır MRAM'den daha çekici olan şey, bu iki yeni depolama teknolojisinin NAND gibi bir 3D üç boyutlu mimari elde edebilmesidir.
3D mimarinin avantajı her zaman istiflenebilmesidir.Bir katman eklerken bellek yoğunluğu iki katına çıkarılabilir.Ayrıca maliyet de düşürülebilir.Bu özellik büyük kapasite ve düşük maliyet elde edebilir, bu nedenle bulut bilişimde kullanılır, Büyük veri merkezleri çok çekici.
Yeni tarz depolamanın uygulama yelpazesinin çok geniş olduğu söylenebilir, ancak faydaları en üst düzeye çıkarılırsa önce iki uygulamanın kilitlenmesi gerekir: Nesnelerin İnterneti, bulut bilişim ve büyük veri merkezleri.
Sıklıkla bahsettiğimiz Nesnelerin İnterneti, uç terminal ve uç cihaz olarak adlandırılır.
Mevcut uç aygıt mimarisi, bir mantık yongası artı bir SRAM yongasıdır, burada SRAM'ın işlevi hesaplamadır ve ardından algoritmaları / yazılımı / kodu depolamak için bir 3D NAND yongası eklenir.
Sözde "kenar", bağlantının olmadığı ve açılamayacağı anlamına gelir. Şu anda, güç tüketimi konusu çok önemlidir, çünkü güç tüketimi ne kadar süre kullanılabileceğini belirler.
Şu anda MRAM, SRAM'ın işlevinin yerini alabilir. SRAM kullanılmadığında güç tükettiği ve hatta sızıntı yaptığı için, bazı uç cihazlar% 99 oranında bekleme modunda olabilir.SRAM kısmen MRAM ile değiştirilirse, birçok güç tüketimi sorunu iyileştirilebilir.
Aynı şey, aslında yüksek voltajlı bir cihaz olan 3D NAND için de geçerlidir. 3D NAND'ı kısmen MRAM ile değiştirirseniz, güç tüketimini azaltma hedefine de ulaşabilirsiniz.
MRAM'ın iki büyük avantajı var: Birincisi bekleme modundayken güç tüketmemesi, ikincisi flash bellekten çok daha ucuz olması Dezavantajlardan bahsedecek olursanız MRAM'ın hızı SRAM seviyesine ulaşmamış. Örneğin Nesnelerin İnternetinde yaygın olarak kullanılan MCU'lar, MRAM kullanım için çok uygundur.
Ardından, buluta ve büyük veri merkezlerine bakın. Bu alanda üç zorluk var. Birincisi büyük miktarda veri akışı ve ikincisi hızlı hesaplamalara duyulan ihtiyaç, üçüncü anahtar hala güç tüketimidir.
Mevcut genel mimari, verileri depolamak için DRAM plus SSD'dir, ancak performansı artırmak için yeni bellek türleri nasıl kullanılır?
Birinci yöntem DRAM parçasını değiştirmektir, çünkü güç tüketimi açısından DRAM'de güç tüketimi sorunları vardır. Ayrıca, PCRAM ve ReRAM 3D mimari için kullanıldıktan sonra maliyet açısından avantajlara sahiptir.
İkinci yöntem, SSD'yi kısmen değiştirmektir. SSD'nin avantajı, ucuz olması ve olgun 3D NAND yığınlama teknolojisinden yararlanılmasıdır.Şimdi 128 katmanlı yığınlama toplu üretilmelidir. 3D NAND'ın maliyeti gittikçe düşüyor, ancak zayıflık performansı.
DRAM'in bir parçasını değiştirmek için PCRAM ve ReRAM kullanılırsa, bir 3D mimari de gerçekleştirilebilir ve performans SSD'den çok daha iyidir.
(Kaynak: Uygulamalı Malzemeler)
Modern depolama nasıl çalışır?
Manyetik hafıza üç katmanlı bir yapıdır, ortası "tünel birleşimi" olarak adlandırılır, magnezyum oksittir ve iki tarafı iki manyetik katmandır. Manyetik katman iki mıknatıs olarak anlaşılabilir ve iki mıknatısın kuzey ve güney kutupları vardır. Kuzey ve güney kutupları eşleşirse O sırada elektronlar kolayca geçebilir ve direnç nispeten düşük bir durumdur.
Ayrıca üst ve alt taraftaki manyetik katmanlar, üst tarafı alt tarafa antiparalel hale getirmek için akım geçirebilir, bu da eşleşmediği anlamına gelir. Eşleşme olmadığında elektronların geçmesi zordur ve yüksek direnç durumudur.
Dolayısıyla "0" ve "1" depolanmasının düşük direnç ve yüksek dirençle gerçekleştirilmesi aslında direnç değişimine ve manyetizma yoluyla yüksek direnç ve düşük direnç elde etme ilkesine dayanan bir bellek teknolojisidir.
PCRAM ve ReRAM benzer prensiplere sahiptir ve akım veya voltaj ile kontrol edilir. PCRAM, düşük direnci ve yüksek direnci kontrol etmek için bir kristal türüdür. Tamamen kristal olduğunda, düşük dirençli bir durumdur, amorf olduğunda, "0" ve "1" e ulaşmak için yüksek dirençli bir durumdur.
ReRAM da benzerdir.İletken olmayan alan, tıpkı bir yalıtım malzemesi gibi yüksek bir dirençtir.Güç açıldıktan sonra, iletken bir yol gerçekleştirebilir ve düşük bir direnç durumu sunabilir. MRAM'a benzer şekilde direnç, "0" elde etmek için yüksek ve düşüktür ve "1".
Kısacası, bu yeni bellek türünü gerçekleştirmek için, bu hatıraların temelini malzeme mühendisliği yoluyla gerçekleştirmek gerekir ve hala üstesinden gelinmesi gereken bazı zorluklar vardır.
(Kaynak: Uygulamalı Malzemeler)
Ekipman teknolojisinde çığır açan ölçek çağı nihayet geldi
Yeni belleğin büyük ölçekli üretimi için, ekipman üreticileri tarafından malzeme mühendisliği atılımları kilit önemdedir. Uygulanan Malzemeler MRAM için tasarlanan Endura Clover MRAM PVD sistemi, vakum koşullarında birden fazla işlem adımını gerçekleştirebilir, tüm MRAM'den 10 malzemeyi uygulayabilir ve ardından tek tek 30 katmanı istifleyebilir. Çekirdeği Clover PVD'dir, bir Oda en fazla 5 çeşit malzemeyi gerçekleştirebilir ve ardından ince bir filmin atomik seviyede ve atom altı seviyede birikmesini gerçekleştirebilir.
Daha önce belirtildiği gibi, MRAM'ın ortasında bir magnezyum oksit tabakası vardır. Uygulanan malzemeler, orta magnezyum oksit tabakasının çok kritik olduğunu ve tüm MRAM Cihazının performansını etkileyeceğini söyledi. Uygulanan malzemeler, tüm MRAM'ın düşük güç tüketimi ve yüksek dayanıklılık elde etmesini sağlamak için benzersiz teknolojiler kullanılarak inşa edildi. .
MRAM üretim sürecinde, bir platform üzerinde 10'dan fazla malzeme ve 30'dan fazla filmin biriktirilmesi ve biriktirilmesi çok karmaşıktır. Aksine, PCRAM ve ReRAM çok katmanlı değildir, ancak yine de elektrotlar, seçiciler ve bellekler dahil olmak üzere birçok yapı katmanına sahiptirler.İçindeki malzemeler çok benzersizdir.
Örneğin, malzeme yapısı GST olan PCRAM, yaygın olarak kullanılan malzemeler olmayan germanyum Ge, antimon Sb ve tellür Te içerir. Asıl zorluk, bu kompozit malzemelerin nasıl biriktirileceği ve bileşimlerinin nasıl kontrol edileceğidir.
PCRAM ve ReRAM'ın seri üretimi için, uygulanan malzemeye karşılık gelen ekipman, mükemmel film kalınlığı, homojenlik ve arayüz kontrolü sağlarken çok bileşenli malzemelerin bileşimini sıkı bir şekilde kontrol edebilen Endura Impulse PVD sistemidir.
Genel eğilime bakıldığında, yeni belleğin seri üretimi gömülüden başlayacaktır.Örneğin, TSMC ReRAM ve MRAM'ı mevcut süreçlere yerleştirecek ve daha sonra yeni bellek teknolojisi bağımsız bellek alanında gelişecektir çünkü gerekli yoğunluk daha yüksek olacaktır. yüksek.
"Veri patlaması" çağını karşılamak için, yongalar acil olarak yüksek hesaplama performansına ihtiyaç duyuyor, ancak Moore Yasasının yavaşladığı ve beyin benzeri yongaların ve kuantum hesaplamanın gerçekleştirilmesinin çok uzak olduğu çağ. Bıçağın yıllarca keskinleştirilmesinden sonra, yeni depolama teknolojisi ekipman malzemelerinin gerçekleştirilmesiyle buluşuyor. Atılım, her şeyin birbirine bağlanması ve devasa veri hesaplama çağını yakalayabilir ve savaş alanına gidebilir.
Yeni tarz anıların seri üretimi, Çin'deki iki geleneksel anının, 3D NAND ve DRAM'ın uluslararası rekabet arenasına katılmak üzere olduğu zamana denk geliyor. Uygulama alanları ve seviyeleri birbirinden farklı olsa da, eski ve yeni teknolojiler de tarihte bir dönüm sayfasında, küresel teknoloji endüstrisinin birbirlerinin yörüngesine tanıklık ediyor.
