替代閃存的存儲新技術有哪些？

　　近十年來，在高速成長的非易失性存儲器(NVM)市場的推動下，業(yè)界一直在試圖利用新材料和新概念發(fā)明一種更好的存儲器技術，以替代閃存技術，更有效地縮小存儲器，提高存儲性能。目前具有突破性的存儲技術有鐵電RAM(FRAM)、磁性RAM(MRAM)、相變RAM(PRAM)或其他相變技術。本文將分別介紹這些技術的特點、比較和研發(fā)進展。

　　新一代存儲技術顯現(xiàn)“多、快、省”特點

　　MRAM是一種非易失性磁性隨機存儲器。它擁有靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)的高速讀取寫入能力及動態(tài)隨機存儲器(DRAM)的高集成度，基本上可以無限次重復寫入。其設計原理非常誘人，它通過控制鐵磁體中的電子旋轉方向來達到改變讀取電流大小的目的，從而使其具備二進制數(shù)據(jù)存儲能力。MRAM的主要缺點是固有的寫操作過高和技術節(jié)點縮小受限。

　　為了克服這兩大制約因素，業(yè)界提出了自旋轉移矩RAM(SPRAM)解決方案，這項創(chuàng)新技術是利用自旋轉換矩引起的電流感應式開關效應。盡管這一創(chuàng)新方法在一定程度上解決了MRAM的一些常見問題，但還有很多挑戰(zhàn)等待研究人員克服，如自讀擾動、寫次數(shù)、單元集成等。

　　目前，MRAM只局限于4Mb陣列180nm工藝的產(chǎn)品。另外，MRAM的生產(chǎn)成本也是個不小的問題。MRAM研發(fā)可分為三大陣營，除了東芝、海力士之外，三星電子也在進行研發(fā)。

　　PRAM是最好的閃存替代技術之一，能夠涵蓋不同非易失性存儲器應用領域，滿足高性能和高密度兩種應用要求。它利用溫度變化引起硫系合金(Ge2Sb2Te5)相態(tài)逆變的特性，利用電流引起的焦耳熱效應對單元進行寫操作，通過檢測非晶相態(tài)和多晶相態(tài)之間的電阻變化讀取存儲單元。

　　從應用角度看，PRAM可用于所有存儲器，特別適用于消費電子、計算機、通信三合一電子設備的存儲器系統(tǒng)。常用相變材料晶態(tài)電阻率和結晶溫度低、熱穩(wěn)定性差，需要通過摻雜來改善性能。

　　目前，人們也在尋找性能更加優(yōu)良的相變材料，以最大限度地發(fā)揮PRAM的優(yōu)越性。

　　FRAM是一種隨機存取存儲器技術，已成為存儲器家族中最有發(fā)展?jié)摿Φ男鲁蓡T之一。它使用一層有鐵電性的材料取代原有的介電質，使得它也擁有像EEPROM一樣的非易失性內存的優(yōu)勢，在沒有電源的情況下可以保存數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)存儲。FRAM具有高速、高密度、低功耗和抗輻射等優(yōu)點。

　　作為非易失性存儲器，F(xiàn)RAM具有接近SRAM和DRAM等傳統(tǒng)易失性存儲器級別的高速寫入速度，讀寫周期只有傳統(tǒng)非易失性存儲器的數(shù)萬分之一，但讀寫耐久性卻是后者的1000萬倍，達到了10萬億次，可實現(xiàn)高頻繁的數(shù)據(jù)紀錄。

　　目前，廠商正在解決由陣列尺寸限制帶來的FRAM成品率問題，進一步提高存儲密度和可靠性。今天，F(xiàn)RAM技術研發(fā)的主攻方向是130nm工藝的64Mb存儲器。目前，富士通半導體集團控制著FRAM的整個生產(chǎn)程序，在日本有芯片開發(fā)和量產(chǎn)及組裝設施。

　　逐漸在物聯(lián)醫(yī)療領域應用

　　相對傳統(tǒng)存儲技術，新一代存儲具備自身的優(yōu)勢與特點。以FRAM為例，以“多、快、省”的特點在業(yè)界獨樹一幟，有助于解決應用瓶頸，促進產(chǎn)品創(chuàng)新。

　　“多”是指FRAM的高讀寫耐久性(10萬億次)的特點，可以頻繁記錄操作歷史和系統(tǒng)狀態(tài);“快”是指高速燒寫特性，可以幫助系統(tǒng)設計者解決突然斷電丟失數(shù)據(jù)問題;“省”是指FRAM超低功耗的特性，特別是寫入時無需升壓。

　　將照相機實拍的一張照片分別存儲到EEPROM和FRAM中，直觀比較圖像數(shù)據(jù)寫入過程中EEPROM和FRAM的性能差異?？梢园l(fā)現(xiàn)使用并口傳輸數(shù)據(jù)，F(xiàn)RAM存儲數(shù)據(jù)用了約0.19秒，而EEPROM用了約6.23秒;FRAM存儲數(shù)據(jù)的比特率約為808kB/s，而EEPROM存儲數(shù)據(jù)的比特率約為24kB/s;功耗方面，F(xiàn)RAM約為0.4mW，而EEPROM約為61.7mW。FRAM的快速讀寫和超低功耗特性顯而易見。

　　過去幾年，富士通FRAM在中國的電力儀表(三相表和集中器)、工業(yè)控制、辦公設備、汽車音響導航儀器、游戲機、RFID、醫(yī)療器械及醫(yī)療電子標簽等行業(yè)取得了可喜成績。其FRAM主要包括三大類(單體FRAM、RFID和內嵌FRAM的認證芯片)，在很多產(chǎn)業(yè)領域實現(xiàn)了批量應用，并促成了大量的創(chuàng)新應用案例。