龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
RRAM走向商业化
作者：Lucas Mearian
来源：《计算机世界》2015年第10期
RRAM的出现正在挑战NAND的地位，而Crossbar公司对关键性技术难题的解决，使它的开发进入到下一个阶段。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
虽然从FRAM到相变式存储器，新的技术不断涌现，但目前它们还都不能撼动NAND的地位。不过，最近阻变式存储器（RRAM）的出现似乎要改变这一切，三星、闪迪等存储器巨头都在其中进行了投入，而走在最前列的是一家美国创业公司Crossbar。
阻变式存储器（Resistive Random Access Memory，RRAM）是可显著提高耐久性和数据传输速度的可擦写内存技术，它是一种根据施加在金属氧化物（Metal Oxide）上的电压的不同，使材料的电阻在高阻态和低阻态间发生相应变化，从而开启或阻断电流流动通道，并利用这种性质储存各种信息的内存。 RRAM挑战NAND
目前，多家新型非易失性内存生产商认为，RRAM已准备从原型阶段进入到投产阶段，即将生产和测试邮票般大小、存储容量却高达1TB的芯片。
硅谷初创公司Crossbar预计，它的一些3D电阻式内存（3D RRAM）产品有望在2016年上市，用做可穿戴设备里面的内存，固态硬盘等高密度存储设备会在之后18个月内问世。 相比NAND闪存，RRAM具有先天的优势。目前，NAND闪存在密度方面已经走到尽头，RRAM的密度天生比NAND要高，并拥有更高的性能。据Crossbar公司市场营销和业务开发副总裁Dylvain Dubois介绍，Crossbar的3D RRAM非常耐用，擦写周期多达10万次。 由于密度更大，RRAM将来能够使用大小只是目前NAND闪存厂商所用一半的硅晶片。在一块芯片上，其存储容量是NAND闪存的近10倍，存储1bit数据的功耗却只有NAND闪存的1/20。据Crossbar声称，其延迟也要比NAND闪存低100倍，这意味着性能将大幅提升。 另外，由于RRAM与NAND生产工厂已经采用的制造工艺完全兼容，生产设施不需要做任何变动。不过在技术投产之前，Crossbar必须克服一大技术障碍，即内存单元之间会出现导致错误的电子泄漏。 技术突破助力商业化
电子泄漏是非易失性内存的一个通病，即便在今天，使用NAND闪存的固态硬盘也不例外。晶体管尺寸缩小到20纳米以下，同时芯片密度增加后，存储在微小内存单元上的数据就会泄漏到相邻的内存单元，导致数据出现错误。
三星、英特尔、美光及其他固态硬盘厂商已经增加了各自产品上的纠错码，以解决这个问题。不止一家公司将目光转向3D NAND，它最多可以堆叠32层内存单元，以增加密度，从而在存储容量方面提供了一些活动余地，不需要进一步缩小内存单元尺寸。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
制造在平面（2D）NAND上存储数据的硅闪存单元的最密集工艺其尺寸在10纳米到19纳米之间。具体来说，1纳米是1/10亿米，而人的头发比采用25纳米工艺技术制造的NAND闪存粗3000倍。1英寸则相当于2500万纳米。 Crossbar的3D RRAM从20纳米工艺技术起步。
NAND闪存使用晶体管或电荷来捕获比特数据，并将其存储在硅内存单元中，这又叫电荷捕获型闪存（Charge Trap Flash）。相比之下，RRAM使用的微小导电细丝可以交叉连接硅层，以表示1 bit数据。
在RRAM中，顶部金属层形成导电电极，中间层是非晶形开关介质，底层是非金属。两个电极之间施加编程电压后，顶部电极的纳米颗粒就会在开关材料中扩散开来，形成细丝；细丝接触底部电极后，内存单元就会导电。两个电极之间施加反向电压后，细丝往回推并消失。这时，内存单元不导电。
Crossbar将内存单元之间的电子泄漏称为“潜通路电流”（sneak path current），这是RRAM内存天生固有的现象。
为了克服RRAM存在的数据错误问题，Crossbar发明了一种方法，即将相邻内存单元隐藏起来，以免被编程存储数据的内存单元看见，因而让它们不会受到无意的改变。为此，它为内存单元设置了一个特定的电压范围。被编程-1伏到+1伏之间的内存单元被忽略，这个范围之外的任何内存单元被编程为存储新数据。
这项技术名为场辅助超线性阈值（FAST）选择装置，它抑制了潜通路电流——这标志着取得了用于存储高密度数据的RRAM内存实现商业化所需要的另一大进展。
Crossbar首席执行官George Minassian说：“我们在一年半前发布Crossbar RRAM时，就制定了积极的计划，希望推出新一代内存，能够将存储容量增加到邮票大小的芯片上可存储1 TB数据。有了这一最新成果，我们离商业化又近了一步，因而能够将RRAM技术实施到商用产品中；这个突破性成就将重新定义企业存储和大容量非易失性片上系统内存的应用前景。”（编译/沈建苗）