英飛凌汽車MCU，選擇RRAM

據(jù)英飛凌稱，其下一代Aurix微控制器將使用嵌入式非易失性存儲器，特別是電阻式隨機存取存儲器（RRAM），而不是嵌入式閃存（eFlash），并將在臺積電的28納米節(jié)點上制造。

雖然基于臺積電28納米eFlash技術(shù)的Autrix TC4x系列微控制器樣品已經(jīng)交付給主要客戶，但基于臺積電28納米RRAM技術(shù)的第一批樣品將于2023年底提供給客戶。英飛凌表示，Autrix TC4x系列微控制器專為ADAS而設(shè)計，可提供新的E/E架構(gòu)和經(jīng)濟實惠的AI應(yīng)用。

嵌入式閃存微控制器自推出第一批發(fā)動機管理系統(tǒng)以來，就被用作汽車中的ECU，市場上大多數(shù)MCU系列都基于eFlash技術(shù)，但該技術(shù)一直在努力遷移到28納米以下，并且也被認(rèn)為效率低于RRAM。英飛凌認(rèn)為，與臺積電的合作成功奠定了RRAM在汽車領(lǐng)域的基礎(chǔ)，并使其Autrix系列微控制器具有更廣泛的供應(yīng)基礎(chǔ)。

新型存儲器中，RRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲密度的要求，同時延遲可降低1000倍，可滿足未來智能駕駛高實時數(shù)據(jù)吞吐量。安全性方面，RRAM具備可靠性，未來有望出現(xiàn)高性能、高集成度、高穩(wěn)定性和低功耗的車規(guī)RRAM存儲器。

RRAM有多種變體，通常在標(biāo)準(zhǔn) CMOS 邏輯上沉積過渡金屬氧化物 (TMO) 層。每個公司的材料配方和分層結(jié)構(gòu)可能是獨一無二的，但通常 RRAM 是基于金屬離子和氧空位在電壓下的遷移，以建立和斷開存儲單元中的絲狀傳導(dǎo)路徑。

英飛凌聲稱，臺積電提供的帶有 RRAM 的 Aurix 微控制器將提供更高的抗擾度，并允許按位寫入而無需擦除，從而實現(xiàn)優(yōu)于嵌入式閃存的性能。英飛凌表示，循環(huán)耐力和數(shù)據(jù)保留與閃存相當(dāng)。

臺積電業(yè)務(wù)發(fā)展高級副總裁Kevin Zhang表示，臺積電和英飛凌已經(jīng)在一系列不同應(yīng)用中就RRAM技術(shù)進(jìn)行了近十年的合作，將TC4x遷移到RRAM將為在微控制器縮小到更小的節(jié)點方面開辟新的機遇。

目前，臺積電的非易失性存儲器解決方案包括閃存、自旋傳遞扭矩MRAM（STT-MRAM）和RRAM。該代工廠還在探索相變RAM（PCRAM）和自旋軌道扭矩MRAM（SOT-MRAM）技術(shù)。

2018年，臺積電開始量產(chǎn)汽車用40納米eFlash技術(shù)，但其40納米超低功耗嵌入式RRAM技術(shù)，完全兼容CMOS工藝，已于2017年底進(jìn)入風(fēng)險生產(chǎn)。2021年，代工廠的40納米RRAM技術(shù)成功進(jìn)入量產(chǎn)，28納米和22納米節(jié)點也可作為物聯(lián)網(wǎng)市場的低成本解決方案。

RRAM的研究進(jìn)展

在商業(yè)化上，Crossbar、昕原半導(dǎo)體、松下、Adesto、Elpida、東芝、索尼、美光、海力士、富士通等廠商都在開展RRAM的研究和生產(chǎn)。在代工廠方面，中芯國際、臺積電和聯(lián)電都已經(jīng)將RRAM納入自己未來的發(fā)展版圖中。已量產(chǎn)的海外RRAM存儲器主要有Adesto的130納米CBRAM和松下的180納米RRAM。松下（Panasonic）在2013年開始出貨RRAM，成為世界第一家出貨RRAM的公司。接著，松下與富士通聯(lián)合推出了第二代RRAM技術(shù)，基于180納米工藝。而Adesto 一直在緩慢地出貨低密度 CBRAM；中國的昕原半導(dǎo)體在Crossbar的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了技術(shù)核心升級和工藝制程的改進(jìn)，實現(xiàn)28納米量產(chǎn)，并且已建成自己的首條量產(chǎn)線，擁有了垂直一體化存儲器設(shè)計加制造的能力；兆易創(chuàng)新和Rambus宣布合作建立合資企業(yè)合肥睿科微，進(jìn)行RRAM技術(shù)的商業(yè)化，但目前還無量產(chǎn)消息。

RRAM的四大發(fā)展機遇

物聯(lián)網(wǎng)：AIoT需要數(shù)據(jù)的實時交互，因此不僅要求存儲器低功耗，也需要高讀寫和低延遲。目前的NOR Flash存儲密度低、容量小、功耗高，無法實現(xiàn)高寫入速度。而RRAM在保證讀性能的情況下，寫入速度可提升1000倍，同時可實現(xiàn)更高存儲密度和十分低的功耗，未來將會是取代NOR Flash成為萬物智聯(lián)時代存儲器的最佳選擇。

智能汽車：未來單車存儲容量將達(dá)到2TB-11TB，一輛L4/L5級自動駕駛汽車至少需要74GB DRAM和1TB NAND。新型存儲器中，RRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲密度的要求，同時延遲可降低1000倍，可滿足未來智能駕駛高實時數(shù)據(jù)吞吐量。

數(shù)據(jù)中心：RRAM相較NAND可提升100倍的讀寫性能，同時保持更低的功耗和高存儲密度，有望解決未來數(shù)據(jù)中心高能效比，低延遲的需求，實現(xiàn)更高性能的AI數(shù)據(jù)中心。