RRAM的研究进展 RRAM的四大发展机遇

台积电正在提供嵌入式 RRAM 作为其 28 纳米 CMOS 制造工艺的一个选项，英飞凌表示将在 2023 年底之前将其用于向客户提供的MCU样品。

据英飞凌称，其下一代Aurix微控制器将使用嵌入式非易失性存储器，特别是电阻式随机存取存储器（RRAM），而不是嵌入式闪存（eFlash），并将在台积电的28纳米节点上制造。

虽然基于台积电28纳米eFlash技术的Autrix TC4x系列微控制器样品已经交付给主要客户，但基于台积电28纳米RRAM技术的第一批样品将于2023年底提供给客户。英飞凌表示，Autrix TC4x系列微控制器专为ADAS而设计，可提供新的E/E架构和经济实惠的AI应用。

嵌入式闪存微控制器自推出第一批发动机管理系统以来，就被用作汽车中的ECU，市场上大多数MCU系列都基于eFlash技术，但该技术一直在努力迁移到28纳米以下，并且也被认为效率低于RRAM。英飞凌认为，与台积电的合作成功奠定了RRAM在汽车领域的基础，并使其Autrix系列微控制器具有更广泛的供应基础。

新型存储器中，RRAM不仅满足高读写速度和存储密度的要求，同时延迟可降低1000倍，可满足未来智能驾驶高实时数据吞吐量。安全性方面，RRAM具备可靠性，未来有望出现高性能、高集成度、高稳定性和低功耗的车规RRAM存储器。

RRAM有多种变体，通常在标准 CMOS 逻辑上沉积过渡金属氧化物 (TMO) 层。每个公司的材料配方和分层结构可能是独一无二的，但通常 RRAM 是基于金属离子和氧空位在电压下的迁移，以建立和断开存储单元中的丝状传导路径。

英飞凌声称，台积电提供的带有 RRAM 的 Aurix 微控制器将提供更高的抗扰度，并允许按位写入而无需擦除，从而实现优于嵌入式闪存的性能。英飞凌表示，循环耐力和数据保留与闪存相当。

台积电业务发展高级副总裁Kevin Zhang表示，台积电和英飞凌已经在一系列不同应用中就RRAM技术进行了近十年的合作，将TC4x迁移到RRAM将为在微控制器缩小到更小的节点方面开辟新的机遇。

目前，台积电的非易失性存储器解决方案包括闪存、自旋传递扭矩MRAM（STT-MRAM）和RRAM。该代工厂还在探索相变RAM（PCRAM）和自旋轨道扭矩MRAM（SOT-MRAM）技术。

2018年，台积电开始量产汽车用40纳米eFlash技术，但其40纳米超低功耗嵌入式RRAM技术，完全兼容CMOS工艺，已于2017年底进入风险生产。2021年，代工厂的40纳米RRAM技术成功进入量产，28纳米和22纳米节点也可作为物联网市场的低成本解决方案。

RRAM的研究进展

在商业化上，Crossbar、昕原半导体、松下、Adesto、Elpida、东芝、索尼、美光、海力士、富士通等厂商都在开展RRAM的研究和生产。在代工厂方面，中芯国际、台积电和联电都已经将RRAM纳入自己未来的发展版图中。已量产的海外RRAM存储器主要有Adesto的130纳米CBRAM和松下的180纳米RRAM。松下（Panasonic）在2013年开始出货RRAM，成为世界第一家出货RRAM的公司。接着，松下与富士通联合推出了第二代RRAM技术，基于180纳米工艺。而Adesto 一直在缓慢地出货低密度 CBRAM；中国的昕原半导体在Crossbar的基础上实现了技术核心升级和工艺制程的改进，实现28纳米量产，并且已建成自己的首条量产线，拥有了垂直一体化存储器设计加制造的能力；兆易创新和Rambus宣布合作建立合资企业合肥睿科微，进行RRAM技术的商业化，但目前还无量产消息。

RRAM的四大发展机遇

物联网：AIoT需要数据的实时交互，因此不仅要求存储器低功耗，也需要高读写和低延迟。目前的NOR Flash存储密度低、容量小、功耗高，无法实现高写入速度。而RRAM在保证读性能的情况下，写入速度可提升1000倍，同时可实现更高存储密度和十分低的功耗，未来将会是取代NOR Flash成为万物智联时代存储器的最佳选择。

智能汽车：未来单车存储容量将达到2TB-11TB，一辆L4/L5级自动驾驶汽车至少需要74GB DRAM和1TB NAND。新型存储器中，RRAM不仅满足高读写速度和存储密度的要求，同时延迟可降低1000倍，可满足未来智能驾驶高实时数据吞吐量。

数据中心：RRAM相较NAND可提升100倍的读写性能，同时保持更低的功耗和高存储密度，有望解决未来数据中心高能效比，低延迟的需求，实现更高性能的AI数据中心。

编辑：黄飞