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Parecchi tipi di prossima generazione di memoria stanno arrampicando dopo gli anni di R & S, ma ci sono ancora memorie più nuove nella conduttura della ricerca.

Oggi, parecchie memorie di prossima generazione, quale MRAM, memoria del fase-cambiamento (PCM) e ReRAM, stanno spedendo ad un grado o ad un altro. Alcune di nuove memorie seguenti sono estensioni di queste tecnologie. Altri sono basati sulle assolutamente nuove tecnologie o comprendere i cambiamenti architettonici, quali quasi- o la in-memoria che computano, che portano le mansioni d'elaborazione vicino o l'interno della memoria. Spingendo qualsiasi di loro dalla R & S comprende sormontare una serie di transenne di affari e tecniche ed è improbabile che tutti riescano. Ma alcuni stanno promettendo particolarmente e potenzialmente mirato a per sostituire l'odierno DRAM, il NAND e SRAM.

Fra la nuova memoria seguente i tipi sono:

FeFET o FeRAM: Una memoria ferroelettrica di prossima generazione.

Nanotube RAM: Nella R & S per anni, il nanotube RAM è mirato a per spostare il DRAM. Altri stanno sviluppando i nanotubes del carbonio e le memorie di prossima generazione sullo stesso dispositivo.

memoria del Fase-cambiamento: Dopo la spedizione dei primi dispositivi del PCM, Intel sta aspettando una nuova versione. Altri possono accedere al mercato del PCM.

ReRAM: Le versioni future sono posizionate per i apps di AI.

coppia di torsione MRAM (SOT-MRAM) di Rotazione-orbita: Un MRAM di prossima generazione mirato a per sostituire SRAM.

Ci sono sforzi supplementari che inseriscono la direzione verticale. Per esempio, alcuni stanno sviluppando 3D SRAM, che impila SRAM su logica come sostituzione potenziale per SRAM planare.

Mentre alcuni nuovi tipi di memoria infine stanno spedendo, la giuria è ancora fuori che cosa verrà dopo. «Stiamo cominciando vedere questo l'emergenza o le memorie seguente-GEN infine che guadagna più trazione, ma sono ancora nelle fasi iniziali dello sviluppo,» ha detto Alex Yoon, direttore tecnico senior a Lam Research. «il BEONE e FeRAM stanno promettendo. Tuttavia, se è necessario o non di più sarà determinato dall'economia.»

Le attuali e memorie future seguente-GEN affrontano altre sfide. «C'è un'esplosione di nuovi tipi di memoria con i nuovi materiali, concetti di stoccaggio e tecnologia dei materiali,» ha detto Scott Hoover, consulente in materia principale del rendimento a KLA. «Questo presenta le sfide significative nelle aree per materiale e la caratterizzazione strutturale. È molto possibile che la cadenza dell'avanzamento di tecnologia e della comprensione fondamentale gated dalla nostra capacità di caratterizzare, misurare, controllare e migliorare i materiali e le strutture unici.»

Tutti detti, le attuali e memorie future seguente-GEN possono trovare un posto adatto, ma non domineranno il paesaggio. «La memoria emergente non si pensa che impedisca significativamente sul NAND attuale o mercati di DRAM nel corso dei 5-10 anni futuri come prodotti autonomi,» Hoover ha detto.

Sostituzione dello SRAM

Gli odierni sistemi integrano le unità di elaborazione, grafici come pure memoria e stoccaggio, citati spesso come la gerarchia stoccaggio/di memoria. Nella prima fila di odierna gerarchia, SRAM è integrato nell'unità di elaborazione per accesso ai dati veloce. Il DRAM, la fila seguente, è separato ed usato per della memoria principale. Le unità disco e ad azionamenti semi conduttori basati a NAND di stoccaggio (SSDs) sono usati per stoccaggio.

Fico 1: Memorie emergenti per i dati e la fonte dominanti di calcolo: Materiali applicati

Il DRAM ed il NAND stanno lottando per continuare con i requisiti di potere e/o di larghezza di banda nei sistemi. Il DRAM è economico, ma consuma il potere. Il DRAM è inoltre volatile, significato che perde i dati quando il potere è chiuso nei sistemi. Il NAND, nel frattempo, è economico e non volatile conserva i dati quando il sistema è interrotto. Ma il NAND e le unità disco sono lenti.

Così per anni, l'industria sta cercando «una memoria universale» che ha gli stessi attributi del DRAM ed istantaneo e potrebbe sostituirle. I concorrenti sono MRAM, PCM e ReRAM. Le nuove memorie hanno alcune pretese audaci. Per esempio, STT-MRAM caratterizza la velocità di SRAM e la non volatilità del flash con resistenza illimitata. Confrontato al NAND, ReRAM è più veloce e pezzo-alterabile. Ecc.

Oggi, sebbene, l'industria ancora stia cercando una memoria universale. «Per gli sviluppatori della tecnologia, stiamo immaginando che un giorno, un certo tipo di memoria universale o di memoria dell'uccisore potrà sostituire SRAM, DRAM e flash allo stesso tempo,» abbiamo detto David Hideo Uriu, direttore di marketing di prodotto a UMC. «Le memorie di prossima generazione non possono ancora sostituire c'è ne delle memorie tradizionali, ma possono combinare le forze tradizionali delle memorie per compiere la richiesta delle nicchie di mercato.»

Per un po di tempo, MRAM, il PCM e ReRAM stanno spedendo, principalmente per le nicchie di mercato. Così il DRAM, il NAND e SRAM rimangono le memorie della corrente principale.

Ma nella R & S, l'industria sta lavorando a parecchie nuove tecnologie, compreso una sostituzione potenziale di SRAM. Generalmente, le unità di elaborazione integrano un CPU, SRAM e varie altre funzioni. SRAM memorizza le istruzioni che rapidamente sono necessarie dall'unità di elaborazione. Ciò è chiamata Livello 1 memoria cache. In funzione, l'unità di elaborazione chiederà le istruzioni dal nascondiglio L1, ma il CPU a volte le mancherà. Così le unità di elaborazione inoltre integrano memoria cache di terzo livello e la seconda, chiamata Level 2 e nascondiglio 3.

a nascondiglio basato a SRAM L1 è veloce. Le latenze sono di meno che un nanosecondo. Ma SRAM inoltre occupa troppo spazio sul chip. «SRAM sta affrontando le sfide in termini di dimensione delle cellule. Poichè riportate in scala ed andate a 7nm, le dimensioni delle cellule sono 500F2,» ha detto Mahendra Pakala, amministratore delegato del gruppo di memoria ai materiali applicati.

Per anni, l'industria sta guardando per sostituire SRAM. Ci sono stati parecchi concorrenti possibili nel corso degli anni. Uno di quelli comprende la coppia di torsione MRAM (STT-MRAM) di rotazione-trasferimento. STT-MRAM caratterizza la velocità di SRAM e la non volatilità del flash con resistenza illimitata.

STT-MRAM è un'architettura del un-transistor con una cellula di memoria magnetica della giunzione del tunnel (MTJ). Usa il magnetismo della rotazione dell'elettrone per fornire le proprietà non volatili in chip. Scriva e legga le funzioni dividono lo stesso percorso parallelo nella cellula di MTJ.

Everspin già sta spedendo i dispositivi di SST-MRAM per SSDs. Inoltre, parecchi chipmaker stanno mettendo a fuoco su STT-MRAM incastonato, che è tagliato in sostituzione e nascondiglio istantanei inclusi i due mercati-un.

Per questo, STT-MRAM sta aumentando la marcia per sostituire incastonato NÉ istantaneo in chip. Ulteriormente, STT-MRAM è mirato a per spostare SRAM, almeno per il nascondiglio L3. «STT-MRAM sta evolvendosi per l'incastonatura più densa in SoCs, in cui la suoi più piccola dimensione delle cellule, requisiti di potere standby più bassi e non volatilità offrono una proposta coercitiva del valore contro SRAM molto più grande e volatile usato come la memoria a bordo comune e di nascondiglio livello ultimo,» ha detto Javier Banos, direttore di marketing per il deposito avanzato ed incissione all'acquaforte a Veeco.

Ma STT-MRAM non è abbastanza veloce sostituire SRAM per il nascondiglio L1 e/o L2. Ci sono alcune edizioni di affidabilità pure. «Crediamo per STT-MRAM, i tempi di accesso satureranno intorno a 5ns a 10ns,» il Pakala di Applied ha detto. «Quando andate nascondiglio L1 e L2, crediamo che dobbiate andare a SOT-MRAM.»

Ancora nella R & S, SOT-MRAM somiglia a STT-MRAM. La differenza è che SOT-MRAM integra uno strato del BEONE nell'ambito del dispositivo. Induce la commutazione dello strato iniettando un in-aereo corrente in uno strato adiacente del BEONE, secondo Imec.

«Quando commutate STT-MRAM, dovete spingere corrente con il MTJ,» ha detto Arnaud Furnemont, direttore di memoria a Imec. «in SOT-MRAM avete due percorsi, si per scrivono e si per colto. Colto è come STT. Avete letto con il MTJ. Scriva non è con il MTJ. Ciò è un grande beneficio perché poi potete ciclare il dispositivo ed ottimizzarlo per avere tempi di vita più lunga. Il secondo grande vantaggio è la velocità.»

Oggi, il più grande problema con SOT-MRAM è che commuta soltanto circa 50% del tempo, che è perché è ancora nella R & S. «Confrontato a SRAM, SOT-MRAM può presentare i vantaggi potenziali come più ad alta densità e consumo di energia più basso dovuto la sua non volatilità,» il Uriu di UMC ha detto. «SOT-MRAM deve essere implementatoe nelle applicazioni redditizie con i clienti volenti.»

Per affrontare il problema, Imec ha sviluppato «una commutazione senza campo» SOT-MRAM. Imec include un ferromagnet nel hardmask, che modella la pista del BEONE. Ciò permette alla commutazione veloce a potere basso.

SOT-MRAM non è pronto ancora. Infatti, richiederà due o più anni prima che l'industria determini se è possibile.

Nel frattempo, nella R & S, il lavoro è in corso su altre sostituzioni potenziali di SRAM, vale a dire 3D SRAM. In 3D SRAM, i dadi di SRAM sono impilati sull'unità di elaborazione e sono collegati facendo uso dei vias del attraverso-silicio (TSVs).

3D SRAM accorcia la distanza di interconnessione fra l'unità di elaborazione e SRAM. Chi vivrà vedrà se 3D SRAM è un approccio possibile.

Concorrenti di DRAM

Come SRAM, l'industria per anni sta provando a sostituire il DRAM. Nelle odierne architetture di calcolo, nei movimenti di dati fra un'unità di elaborazione ed in DRAM. Ma questo scambio causa a volte la latenza ed il consumo di energia aumentato, che a volte è chiamato la parete di memoria.

Il DRAM è caduto dietro nei requisiti di larghezza di banda. Il più, rappresentazione in scala di DRAM sta rallentando all'odierno nodo 1xnm.

«Le nostre applicazioni richiedono molta memoria. Questo problema è diventato peggio con le applicazioni di apprendimento automatico. Richiedono molta memoria,» ha detto Subhasish Mitra, professore di elettrotecnico e dell'informatica a Stanford University. «Se poteste mettere tutta la memoria su un chip, la vita sarebbe grande. Non dovreste andare via il chip al DRAM e passare molti energia e tempo che provano alla memoria di accesso. Così dobbiamo fare qualcosa.»

Ci sono una serie di opzioni cheattaccano con il DRAM, sostituenti il DRAM, impilanti il DRAM negli alti moduli di memoria di larghezza di banda, o muoventesi verso una nuova architettura.

Le buone notizie sono che il DRAM non sta stando fermo e l'industria sta migrando dall'odierna norma di interfaccia DDR4 alla tecnologia di prossima generazione DDR5. Per esempio, Samsung recentemente ha introdotto un dispositivo mobile di 12Gb LPDDR5 DRAM. Ad una velocità di trasmissione dati di 5,500Mb/s, il dispositivo è 1,3 volte più velocemente dei chip LPDDR4.

Presto, sebbene, gli OEM abbiano altre scelte di memoria oltre a DDR5 DRAM. Un gruppo di lavoro all'interno di JEDEC (JC-42.4) sta sviluppando nuova spec. di DDR5 NVRAM che finalmente permetterà agli OEM di cadere i vari nuovi dispositivi di memoria in un incavo DDR5 senza modifica. «La specificazione di NVRAM comprende la memoria del nanotube del carbonio, memoria del fase-cambiamento, RAM resistente e RAM teoricamente magnetico,» ha detto Bill Gervasi, architetto principale dei sistemi a Nantero. «Stiamo unificando tutte le architetture.»

Questa spec. ha potuto renderla più facile usare una nuova memoria scrive dentro i sistemi a macchina. È inoltre un modo sostituire il DRAM.

Eppure, è difficile da sostituire sia il DRAM che il NAND. Sono economici, risultato e possono trattare la maggior parte delle mansioni. Inoltre, entrambi hanno carte stradali per i miglioramenti di futuro. «il NAND ha 5 anni più e 3 generazioni più da andare. Il DRAM riporterà in scala lentamente per i 5 anni futuri,» ha detto Mark Webb, principale al consulto di imprese di MKW. «Abbiamo nuove memorie solide che sono realmente disponibili e spedire. Questi si svilupperanno ed aumenteranno, non sostituiranno, DRAM e NAND.»

Un nuovo tipo di memoria sta guadagnando il vapore, vale a dire 3D XPoint. Presentato da Intel nel 2015, 3D XPoint è basato su una tecnologia chiamata PCM. Utilizzato in SSDs e DIMMs, informazioni dei depositi del PCM nelle fasi amorfe e cristalline.

Ma Intel era recente con la tecnologia. Intel sta spedendo SSDs con 3D XPoint. «Ho un una previsione nel 2015 basata su un presupposto che Intel stava andando spedire il DIMMs da ora al 2017. Hanno finito non facendo quello fino al 2019,» ha detto Jim Handy, un analista all'analisi obiettiva.

Ciò nonostante, costruito intorno ad un'architettura impilata di due-strato, il dispositivo del 3D XPoint di Intel viene nelle densità di 128 gigabit facendo uso delle geometrie 20nm. «È una grande memoria persistente, ma non sta sostituendo il NAND o DRAM,» il Webb di MKW ha detto.

Ora, Intel ed il micron stanno sviluppando la versione seguente del PCM, che comparirà nel 2020. Il 3D di prossima generazione XPoint probabile è preveduto al basato a su tecnologia della trasformazione 20nm, ma può avere quattro pile, secondo il Webb. «Lo invitare per essere due volte la densità. Oggi, è 128Gbit. Stiamo prevedendo 256Gbit per la prossima generazione,» ha detto.

Ci sono altri scenari. In futuro, le analisi obiettive pratiche vede 3D XPoint restare come dispositivo di due-strato, ma muoversi verso le feature size 15nm. Chi vivrà vedrà.

Mentre il PCM sta arrampicandosi, altre tecnologie quali i FETs ferroelettrici (FeFETs) sono ancora nella R & S. «In cellule di memoria di FeFET, un isolante ferroelettrico è inserito nella pila del portone di dispositivo standard del MOSFET,» ha spiegato Stefan Müller, amministratore delegato della memoria ferroelettrica (FMC).

«Confrontato all'oggi in uso dielettrico standard HfO2, HfO2 ferroelettrico mostra un momento di dipolo permanente, che cambia la tensione della soglia del transistor in un modo non volatile,» Müller ha detto. «Dalla scelta appropriata delle tensioni fuori colte, un a corrente forte o un a corrente debole attraversa il transistor.»

FMC ed altri sviluppando stanno incastonando e dispositivi autonomi di FeFET. Un FeFET incastonato sarebbe integrato in un regolatore. Un dispositivo autonomo può trasformarsi in in un nuovo tipo di memoria o in una sostituzione di DRAM. «FeRAM è buona alternativa, che usa molto energia che il DRAM. Ma la resistenza deve essere migliorata,» il Yoon di Lam ha detto.

È poco chiaro che cosa la direzione FeFETs andrà, ma ci sono alcune sfide qui. «Le cellule di memoria basate su HfO2 ferroelettrico possono mostrare la conservazione oltre 250°C, cicli di riciclaggio di dati di resistenza >1010, scrivono/velocità colta nel regime 10ns, consumo di energia delle FJ e scalabilità oltre ai nodi di tecnologia del finFET,» il Müller di FMC ha detto. «La sfida attualmente è di fondere questa metrica in un dispositivo di memoria e parallelamente nelle matrici di milioni di cellule di memoria e ciascuna di queste cellule di memoria deve eseguire meno identicamente più o.»

Nel frattempo, per anni, Nantero sta sviluppando le ram del nanotube del carbonio per i apps della DRAM-sostituzione ed incastonata. I nanotubes del carbonio sono strutture cilindriche, che sono forti e conduttive. Ancora nella R & S, il NRAMs di Nantero è più veloce del DRAM e non volatile come il flash. Ma questo prendendo più lungamente di quanto sta pensandosi che stia commercializzando.

Fujitsu, il primo cliente per NRAMs, si pensa che provi le parti nel 2019 con produzione slated per 2020.

I nanotubes del carbonio stanno muovendo in altre direzioni. Nel 2017, DARPA ha varato parecchi programmi, compreso 3DSoC. Il MIT, Stanford e SkyWater sono partner nel programma 3DSoC, che mira a sviluppare i dispositivi monolitici 3D che impilano ReRAM sopra logica del nanotube del carbonio. ReRAM è basato sulla commutazione elettronica di un elemento della resistenza.

Ancora nella R & S, la tecnologia non è una sostituzione di DRAM. Invece, rientra nella cosiddetta categoria di calcolo-in-memoria. Lo scopo è di portare le funzioni di logica e di memoria più vicino a per alleviare l'impasse di memoria nei sistemi.

«Dovete pensare a andare alla terza dimensione,» il Mitra di Stanford ha detto. «Altrimenti, come siete che andate mettere tutto su un chip?»

Attualmente, il dispositivo 3DSoC è una struttura di due-strato 3D, che dispone ReRAM su logica del nanotube del carbonio. Un dispositivo di quattro-strato è dovuto per la fine dell'anno. Lo scopo è di allevare la produzione e fornire il wafer del multi-progetto funziona da ora al 2021.

Recentemente, il gruppo ha trasferito la tecnologia a SkyWater. I piani del venditore della fonderia per fare i dispositivi usando un processo 90nm sui wafer di 200mm. «L'architettura 3DSoC include le file ai dei transistor basati nanotube del carbonio. Sono fatti sia nella n che tipi di p per fare una tecnologia del transistor di CMOS,» ha detto Brad Ferguson, CTO di SkyWater. «Che può combinarsi con altre file della memoria di ReRAM, che includerebbero ad un transistor basato CNT di accesso.»

Nel favoloso, i nanotubes del carbonio sono formati facendo uso di un processo del deposito. La sfida è che i nanotubes sono a variazioni ed a cattivi allineamenti inclini durante il processo.

«Le sfide chiave che vediamo ed abbiamo percorsi da sormontare comprendono tre cose primarie. Il primo è la purezza dei nanotubes del carbonio. C'è molta variabilità nei nanotubes del carbonio nella materia grezza. La parte del programma sta migliorando la purezza della materia grezza tali che otteniamo che i nanotubes semiconduttori a parete semplice del carbonio con elevata purezza,» Ferguson ha detto. «Le seconde e terze sfide si riferiscono ad integrazione come transistor. Quella è la variabilità e la stabilità della prestazione del transistor.»

La tecnologia è intrigante-se funziona. «Il fatto è che possiamo riportare in scala questa tecnologia giù dopo la dimostrazione del questo su 90nm. Quello si combina con lo scopo dichiarato di questo programma, che è di superare la tecnologia planare 7nm. Ciò significa se il programma riesce, potrebbe risistemare la rappresentazione in scala di nodo su una curva differente in termini di complessità, la prestazione e costo, “” ha aggiunto.

Memoria di AI

Negli impianti per anni, ReRAM è stato sollecitato una volta come sostituzione di NAND. Ma il NAND ha riportato in scala più lontano precedentemente ha pensato, inducendo molti a riposizionare ReRAM.

Oggi, alcuni stanno lavorando a ReRAM incastonato. Altri stanno sviluppando ReRAM autonomo per alle le applicazioni orientate a posto. Più a lungo termine, ReRAM sta ampliando i suoi orizzonti. Ha mirato a per i apps di AI, una sostituzione di DRAM, o entrambe.

Una società di ReRAM, barra trasversale, sta sviluppando un dispositivo autonomo che potrebbe potenzialmente spostare il DRAM. Ciò comprende un'architettura del tipo di barra con ReRAM e logica.

«Dopo la conversazione con clienti, particolarmente nei centri dati, il più grande punto di dolore è DRAM. Non è NAND. È DRAM a causa del consumo di energia e costo,» ha detto Sylvain Dubois, vice presidente dell'introduzione sul mercato e dello sviluppo di affari strategici alla barra trasversale. «Per le applicazioni autonome ad alta densità, stiamo mirando alla sostituzione di DRAM nei centri dati per le applicazioni leggere-intensive. A 8X la densità del DRAM e circa 3X a riduzione dei costi 5X, questo fornisce la grande riduzione di TCO, con i risparmi energetici massicci dei centri dati del hyperscale.»

La tecnologia del ReRAM della barra trasversale inoltre è mirata a per l'apprendimento automatico. L'apprendimento automatico comprende una rete neurale. Nelle reti neurali, un sistema sgranocchia i dati ed identifica i modelli. Abbina determinati modelli ed impara quale di quegli attributi sono importanti.

ReRAM è mirato a per i apps ancor più avanzati. «Ci sono gran opportunità utilizzare ReRAM nei modi novelli come la computazione analogica e computazione neuromorphic, ma questo ha luogo più alla fase di ricerca,» Dubois ha detto.

Neuromorphic che computa anche usa una rete neurale. Per questo, ha avanzato ReRAM sta tentando di ripiegare il cervello in silicio. Lo scopo è di imitare il modo che le informazioni stanno muovendosi nel dispositivo facendo uso degli impulsi preciso-cronometrati e c'è molta ricerca in corso in questa area, specialmente sulla parte anteriore dei materiali.

«La grande domanda è che cosa deve essere fatta realmente per permettergli,» ha detto Srikanth Kommu, direttore esecutivo dell'affare a semiconduttore al fabbricante di birra Science. «C'è molta ricerca intorno se i materiali possono fare una differenza in questa area. Ora, non siamo sicuri.»

Ci sono due aspetti ai materiali. Uno comprende la velocità e la durevolezza. Il secondo comprende il manufacturability e il defectivity, di cui tutt'e due colpiscono il rendimento ed infine il costo. «Molto questo è basato sulle tolleranze e defectivity,» ha detto Kommu. «Se il defectivity è 100, avete bisogno del miglioramento di 70% ogni due anni.»

L'interesse nelle architetture neuromorphic sta sviluppandosi con l'adozione e la diffusione di AI/ML per sia le ragioni di prestazione che di potere. La partenza Weebit di ReRAM e di Leti nano recentemente ha dimostrato una forma di neuromorphic computare-essi ha eseguito le mansioni di riconoscimento degli oggetti nei sistemi.

La dimostrazione ha usato la tecnologia del ReRAM di Weebit, eseguente l'uso di mansioni di illazione che chioda gli algoritmi della rete neurale. «L'intelligenza artificiale sta espandendosi rapidamente. Stiamo vedendo le applicazioni nel riconoscimento di fronte, veicoli autonomi ed uso nella prognosi medica, nominare appena alcuni dominii,» ha detto Coby Hanoch, amministratore delegato di Weebit.

Conclusione

STT-MRAM inoltre è stato proposto come sostituzione di DRAM. Ma STT-MRAM o le altre nuove memorie non sposterà il DRAM o il NAND.

Eppure, le attuali e generazioni future di memorie valgono la pena di guardare. Fin qui, non hanno interrotto il paesaggio. Ma stanno facendo un'ammaccatura contro i beneficiari nel mercato cangiante di memoria. «Siamo ad un posto con le tecnologie di memoria emergenti in cui la corsa ancora non è vinta,» il detto pratico delle analisi obiettive. (Articolo proviene da Internet).