格芯22nm工艺量产eMRAM，新型存储机会来临

（文章来源：中国电子报）

近日，格芯宣布基于22nm FD-SOI （22FDX）工艺平台，新型存储器eMRAM（嵌入式、磁阻型非易失性存储器）已投入生产。eMRAM属新型存储技术，与当前占据市场主流的DRAM和NAND闪存相比，具有更快的存取速度和更高的耐用性，在边缘设备中具有替代NAND闪存和部分SRAM的潜质。它在22nm工艺下的投产，将加快新型存储技术的应用进程，未来发展前景看好。

根据格芯的报告，将在德国德累斯顿1号晶圆厂的12英寸生产线，进行eMRAM的制造加工。目前，格芯正在接洽多家客户，计划于2020年安排多次生产流片。这也意味着，采用22nm FD-SOI工艺的eMRAM有望于2020年投入量产，采用相关芯片产品的终端设备于2021年有望面世。

eMRAM属新型存储技术，相比DRAM和NAND闪存，具有更快的存取速度和更高的耐用性，适用于物联网、通用微控制器、汽车电子、终端侧人工智能设备和其他低功耗设备当中。基于22nm FD-SOI先进工艺节点制造，产品将具有更高的性价比。格芯汽车、工业和多市场战略业务部门高级副总裁和总经理Mike Hogan表示：“客户可利用这些解决方案来构建适用于高性能和低功耗应用的创新产品。基于FDX平台生产的eMRAM，更有利于集成在高性能射频、低功耗逻辑和集成电源管理的解决方案中实现产品的差异化。”

除格芯之外，其他半导体厂商对于eMRAM等新型存储器的开发也非常重视。2019年年初，三星曾宣布基于28nm FD-SOI工艺，在韩国器兴厂区投产eMRAM，并计划生产1千兆容量的eMRAM测试芯片，为大规模生产做准备。三星代工市场副总裁Ryan Lee表示：“通过eMRAM与现有成熟的逻辑技术相结合，三星晶圆代工将继续扩大新兴的非易失存储器工艺产品组合，以满足客户和市场需求。”台积电技术长孙元成也曾经透露，台积电已开始研发eMRAM和eRRAM等，并计划采用22nm工艺。这是台积电应对物联网、移动设备、高速运算电脑和智能汽车等领域所提供效能更快速和耗电更低的新存储器。

应用材料则在2019年推出业界首款具备量产价值的MRAM制造设备平台Endura Clover MRAM PVD系统，可进行材料沉积、介面清洁和热处理功能等，在半导体设备上为MRAM的量产提供了可行性。根据应用材料金属沉积产品事业部全球产品经理周春明的介绍，一个PVD系统可以整合7个Clover PVD腔室，在一个PVD系统中就可以完成10多种不同材料和超过30层以上的沉积，由于不需要像以往设备那样进行真空中断，将大幅提升成品率。

目前，业界关于新型存储器的讨论一直很热，并不仅局限于eMRAM。3D XPoint、PCRAM、ReRAMRRAM等均是人们重点关注的技术。

2006年英特尔即与美光联合成立了IM Flash Technologies公司，共同开发新型存储器3D Xpoint。虽然双方于2018年因技术路线分歧而分道扬镳，但是目前英特尔与美光均已各自量产3D Xpoint，并投入推广。英特尔在其云计算解决方案中，将3D Xpoint和3D NAND整合在单一模块当中，作为HDD硬盘、3D NAND与DRAM内存之间的一个新的层级。由于傲腾硬盘的容量是DDR4内存的10倍，断电也不丢失数据，将增加存储系统的整体性能。英特尔中国研究院院长宋继强告诉记者：“将DRAM、NAND Flash和傲腾技术相结合，在缓存和DRAM之间，DRAM存储之间插入第三层，填补内存层级上的空白，使存储结构间的过渡更加平滑，对于提高系统性能非常有利。”

ReRAM和PCRAM同样属于非易失性存储器，适合作为“存储级存储器”填补服务器DRAM和NAND闪存之间不断扩大的性价比差距。根据周春明的介绍，在将PCRAM或者ReRAM用于数据中心存储系统当中时，相较于传统的NAND，可以提供超过10倍的存取速度，有望成为未来云服务数据中心的首选。目前，业界对于PCRAM与ReRAM的量产开发也十分积极。2019年在推出面向MRAM生产的PVD系统的同时，应用材料还推出了支持PCRAM、ReRAM量产化的Endura Impulse PVD设备。周春明预测未来3～5年，新型存储器有望解决制造上瓶颈快速进入市场。

eMRAM等新型存储器会取代DRAM和NAND Flash成为市场主流吗？集邦咨询半导体研究中心（DRAMeXchange）资深协理吴雅婷认为，eMRAM只会部分取代DRAM/NAND的使用量，但并没有办法完全取代现有的存储器解决方案。在所有新一代存储器中，eMRAM的电信特性与DRAM和NAND Flash极其相似，具备一定的优缺点，并未具备完全替代DRAM和NAND Flash的性能。“使用新一代存储器，对于传统平台来说，需要改变以往的平台架构才能适应，并不是可以轻松使用的。”吴雅婷说。

应用材料金属沉积产品事业部全球产品经理周春明也表示，新型存储器具有更快的存取速度，更好的耐用性，更小的裸片尺寸、成本和功耗等性能优势。例如，以统合式 MRAM 解决方案取代微控制器中的eFlash和SRAM，可节省90%的功耗。不过，周春明也指出，目前下一代存储器在量产制程方面仍然存在很多瓶颈。

也就是说，新一代存储器想要获得一定的市场空间，还需要与现有的存储器解决方案进行配合，加快适应传统平台的架构，释放性能方面的优势。
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