AG集团【真.热门】
销售热线:
0531-61345555


    产品中心


     当前位置:主页 > 技术文章 >
     
    AG集团技术文章—新型非易失性存储器内部详细解
     

      为了挑战现有的技术,新型非易失性存储器(NVMs)寻找仍在继续,但是任何技术被接受之前,它必须被证明是可靠的。

      Fujitsu高级营销经理TongSwanPang说,“每个人都在寻找一种通用的存储器。不同的技术有不同的可靠性挑战,并不是所有的技术都能在汽车0级应用中运行。”

      这些新技术中的大多数都属于存储级内存(SCM)。它们适用于大容量存储技术(如NAND 闪存)和工作存储器(如DRAM)。至少有四种非易失性存储技术在竞争,其中一些已经取得了一些商业上的成功,而且似乎没有一种技术能够以牺牲其他技术为代价成为最终的赢家。与闪存相比,这些存储器的特点是读写操作更简单、速度更快,包括字节寻址能力。此外,读写趋向于对称(或几乎对称),与闪存形成鲜明对比。

      闪存的替代品变得越来越有吸引力,特别是嵌入到系统芯片(SoCs)和微控制器(MCUs)中的存储器。在28nm以下,由于需要高电压、电荷泵和更多的掩模,闪存所增加的步骤变得更加昂贵。尽管一些公司已经突破了这一限制,但这种规模化似乎是不可持续的。内存分析师Jim Handy是Objective Analysis的总负责人,他提到NOR闪存(通常在嵌入时使用)似乎无法达到14nm。这增加了对使用系统电压以及只需要2到3个附加掩膜来嵌入的技术的要求。

      对于新的NVM产品,有三个主要的竞争者,尽管在早期阶段还有更多的竞争者 (其中一些我们很快就会提到)。令人困惑的是,有些人把这三种存储器都称为“电阻式存储器”,因为它们都涉及测量电阻的变化以确定状态。

      最古老的是相变存储器(PCRAM/PCM)。这是一种古老的CD技术,涉及一种硫族化物材料,该材料在一个温度下结晶,而在另一个温度下会变成非晶态。两种状态有不同的电阻。通过将存储单元升高到合适的温度来对其进行编程。这是Intel和 Micron合作Optane “crosspoint”存储器的技术。

      在商标中使用“crosspoint”一词可能会造成混淆,因为这些存储器中的任何一个都可以配置为crosspoint存储器。它有一个由字线(word lines)和位线(bit lines)相互正交的简单阵列-与SRAM类似,但不类似于闪存。当某些人提到crosspoint存储器时,他们专门指的是英特尔产品。其他人则更广泛地使用该术语。

      下一代技术(也是最先进的一种存储技术)是磁性随机存储器(MRAM)。我们在这里的重点将是当前的MRAM技术,称为自旋转移矩技术存储器(STT-MRAM)。这涉及夹在隧道材料之间的两个可磁化层,称为磁性隧道结(MTJ)。其中一层(“固定”或“参考”层)具有固定的极性,另一层(“自由”层)的极性可以通过流过存储单元的电流来设置。隧穿电流看到的电阻取决于固定层和自由层是否具有平行或反平行磁化。 MRAM已经以各种形式出现了一段时间。

      最后,还有阻式存储器(RRAM/ReRAM),由于它们都是阻性技术,其名称可能会造成混淆。 RRAM有两种主要的类型-一种是电极中的材料迁移以在整个电介质上形成导电丝,另一种是氧离子和空位四处迁移以形成导电通路(或不形成)。这是一个更加完全开放的类别,需要通过大量实验来找到最佳配方。

      PDF Solutions(这家公司虽然不是一家存储器供应商,但可以帮助供应商进行技术鉴定和评估,为他们揭露许多必须解决的低级别问题)高级研究员TomaszBrozek说:“RRAM吸引人的地方是,存储单元可选用的材料很丰富。”

      所有这些技术的挑战之一是编程机制具有一定的内在随机性,而闪存或DRAM中没有这种随机性。将值写入存储单元可能会导致错误的值。这不是存储单元本身的错。它可能会在下一次完美编程。这是必须通过纠错码(ECC)之类的伴随电路来缓解的问题。

      Nantero还提供了一种更新的NVM技术,称为NRAM。这是用碳纳米管制成的(CNTs – NRAM中的N是“ 纳米管”)。可编程的碳纳米管(CNTs)形成松散的,无方向性的团块,利用温度(通过电流)或静电,它们可以越过范德华极限而使这些碳纳米管紧密结合在一起或分离得更远,从而使它们在一侧相互吸引或在另一侧互相排斥。这使编程状态稳定。在堆积在一起的状态下,碳纳米管相互接触并导电。而在分离状态下,它们不会如此。因此,电阻再次成为要读取的参数。

      由于这些技术都是新技术,因此它们没有面临闪存已经具有的多级存储单元的挑战。无论是打开还是关闭,每个单元仍然代表一个位(bit)。多级存储单元还允许使用中间值,例如,一个四级单元可以存储两位数据。最近,无论是闪存还是RRAM(都已尝试使用其他方法),都已将其应用到极致,并将它们用作模拟存储器,并且在单元中进行几乎是连续的编程。这对于使用所谓的“内存中计算”的机器学习应用程序是有益的。

      由于多级和模拟用途需要更高的编程和读取精度,因此,Brozek说:“越来越多的存储器正在使用写入验证”。这种方法尝试写入内存,然后退回并读取,重复进行直到达到所需的级别。这会花费更长的时间,但会给出更精确的结果。

      这些存储器中的每一个都可以制成专用的大容量芯片,也可以嵌入到SoC或MCU中。作为大容量芯片,可以量身定制该工艺,以实现最高的良率和可靠性。但是,当嵌入时,它们必须尽可能与底层CMOS技术保持一致,从而使其每比特成本更高,但仍要求高可靠性。英特尔的Optane是大容量存储器;尚不清楚该技术是否适合嵌入。Brozek和Handy都将MRAM与NOR-flash作为嵌入式存储器进行竞争。 RRAM是Adesto提供的一种大容量技术,而作为嵌入式技术也引起了广泛的兴趣。

      作为NVM,除了考虑适用于所有集成电路外,所有这些技术均要与闪存共同考虑可靠性。数据的保留和耐用性尤其重要。对于诸如DRAM和SRAM这样的易失性存储器,这两个都不是问题。具有讽刺意味的是,对于DRAM而言,这不是问题,是因为其数据保留时间如此之短,以至刷新电路是DRAM的基本要求,因此只要保持电源就不会造成数据丢失。通常,在这些新的NVM技术中,刷新被认为是不可取的(尽管有可能)。

      数据保留率是一种规范,它指示存储器在所有条件下(存储或操作)将保持其内容多长时间。借助闪存技术,薄的电介质可以在读写条件下将电子传递到浮栅中。从理论上讲,这些电子然后被困在浮栅中,没有明显的方式泄漏出来。但是,随机电子可以通过超过能量势垒的热能或通过电介质隧穿而缓慢泄漏。如果有足够的时间,足够多的电子会泄漏出去,从而使存储单元状态退化。

      每种NVM技术(新技术也不例外)都有一种逐渐泄漏数据的方式。因此,数据保留率成为存储器将保留其内容一段时间的保证。此后,它的内容可能还会保留更长时间,但不能保证。十年一直是闪存的典型规格,尽管考虑到汽车的使用寿命长,汽车应用正在逐步淘汰该要求。

      数据保留率与其他基本的NVM规范耐久性有关。每次对NVM进行编程时,可能会发生一些轻微的损坏。在闪存中,这是由于电子嵌入到将浮栅与电路其余部分分开的电介质中而导致的。也可能会出现加速电子从浮栅泄漏的缺陷。耐久性是指在数据保留率低于规格之前存储器可被编程的次数。

      从理论上讲,可以对给定器件进行超出其耐久性的编程,它可能会继续运行-但数据保留时间较短。但是,某些器件可能会计算编程周期,并阻止超出限制的编程。多年来,10,000个周期是闪存预期达到的极限。如今,越来越多的存储器指定了100,000个周期的标准。

      这些特性需要减轻存储器外部的影响,以便最大程度地延长给定芯片的寿命。例如,如果数据集中在存储器的下半部分,则这些单元可能会耗尽,而存储器的上半部分基本上保持不变。那是对存储单元的低效使用。损耗均衡是一种在存储器外部施加的技术,它可以移动数据的位置以确保使用整个存储器,从而延长了芯片的寿命。

      但是损耗均衡不是万能,Brozek指出,“你可以将损耗均衡用于大容量存储,但不能用于[嵌入式]MCU NVM”,因为它主要用于存储代码,该代码必须位于已知的固定位置。

      所有这些考虑因素将适用于任何新的NVM技术。在大多数情况下,它们必须满足闪存运行的级别,并且如果可能的话,需要超过它们。如果将耐久性提高了多个数量级,则不再需要进行损耗均衡,尽管该决定不在存储器制造商的手中,而在系统设计者的控制之下。

      当考虑可靠性时,Brozek说: “所有这些技术都是不理想的,您要对它们进行表征,并添加电路级工具来对其进行管理。一旦采取了缓解措施,就应该有一个抵消其内在问题的黑匣子。”

      温度越高,任何磨损机制都将越明显。数据保留和耐久性规格假定高温是恒定的,这意味着偶尔出现高温且有间歇期的器件可能持续时间会更长。但是,没有实际的方法来指定这种变化的温度曲线,因此数据表指定了最坏的情况。

      但是“高温”是什么意思?多年来,有两种级别的集成电路:商业级的温度范围为0至70°C;军事级的温度范围为-55 – 125°C。这代表了两个截然不同的业务,因为军用级材料具有极其严格的要求。因此,一些公司或部门选择专注于其中一项或多项业务。在某种程度上,也出现了工业级温度范围为-40 – 85°C的产品。尽管工业级产品的生产不像军用级产品那样困难,但它们仍倾向于将其应用领域与使用商业级IC的设备区分开来。

      随着汽车市场的出现,这种情况发生了变化,可以说它需要以商业水平的价格获得军事水平的坚固性。然而,实际上,并非车辆中的所有组件都必须在发动机附近的温度下运行。因此,目前在汽车内使用五个温度等级。这是一个根本性的变化,因为所有这些等级都可以在同一设备中找到。

      KLA产品市场经理Meng Zhu表示:“由于电子的热能变化,温度通常是影响电子器件的重要因素。”对于诸如MCU或高速缓存之类的MRAM应用,通常要求工作温度范围在-40°C至125°C之间。较高的环境温度可能会由于各向异性势垒上方的磁跃迁而导致数据保留问题,并会由于隧穿磁阻(TMR)的降低而影响器件的可读性。用于MRAM制造的所有热处理工艺也都需要得到良好控制。退火工艺步骤用于改善MgO /CoFeB层的结晶度,从而增强各向异性和TMR。另一方面,过多的热预算会导致MRAM层之间的原子相互扩散,降低器件性能。例如,Ta扩散进入MgO势垒中可能会降低MgO的结晶度,而B扩散到CoFeB外可能会改变垂直各向异性并影响TMR。”

      一个令人惊讶的温度考虑因素是回流焊接。正如GlobalFoundries嵌入式存储器高级总监Martin Mason所描述的那样,每个芯片都应能够承受五种不同的回流焊接。前两种发生在最初将芯片安装在板上时–一个用于表面安装,另一个用于同一板上的通孔组件。如果需要返工,那么将有一个以上的设备来移除任何有故障的单元,然后最多有两个来更换那些单元。

      每个焊接周期都需要将温度升高到220至270°C并持续10至15分钟,据Adesto创始人兼存储器工程副总裁ShaneHollmer所说:“这些技术中的许多技术都在热稳定性和数据保留方面作了努力。”这对于那些在芯片测试中编写程序,之后组装到电路板上的设备来说是个问题。

      PDF Solutions(普迪飞半导体技术有限公司)是一家为集成电路整个生命周期提供良率提升技术服务的领先供应商,同时也是业内顶级的半导体大数据解决方案专家。在公司成立近30年时间里,持续为全球客户提供良率提升和数据分析方面的专业经验和技术服务。针对中国大陆的半导体市场,PDF Solutions公司推出了基于云端部署的Exensio-Hosted半导体数据分析平台。Exensio–Hosted是一款不需要任何IT维护的企业级的云端数据分析系统,它可以让我们随时随地去访问数据,并且可以做一些定制化的数据分析,快速的查找问题的根源。该平台目前提供免费账号的注册申请,方便芯片设计企业迅速掌握先进的数据分析手段。

      本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

      非易失性存储器(NVM) 在几乎所有嵌入式系统设计中都起着关键作用,但许多设计对非易失性存储器在数据写入和访问速度、数据保留、低功耗等方面的要求越来越严格。在汽车应用中更是如此,设计人员正在努力打造更先进的功能,例如高级辅助驾驶系统 (ADAS) 这类任务关键型功能。为确保这些系统安全可靠地运行,设计人员需要深入研究先进的铁电随机存取存储器 (F-RAM),作为要求可靠性高、功耗低且比当前 NVM 解决方案速度更快的低功耗汽车级 NVM 的选择。本文讨论 F-RAM 技术的关键特性,并介绍开发人员如何使用 Cypress Semiconductor 的两款 F-RAM 解决方案来增强 ADAS 的可靠性

      基于公司成熟的SONOS技术,新增的Flash和EEPROM为汽车,医疗和工业领域带来了许多新的可能性全球领先的模拟/混合信号和专业代工厂商X-FAB Silicon Foundries, 今天宣布在广泛使用的XT018 BCD-on-SOI平台上提供基于SONOS的Flash和嵌入式EEPROM。这些非易失性存储器(NVM)的添加将拓宽更多的应用范围,在这些应用中,需要高压额定值和高温承受能力,并且提升运算能力。越来越多的应用需要基于微控制器(microcontroller-base)的解决方案,其中包括嵌入式Flash和EEPROM与高压(高达100V),高温和抗ESD / EMC能力相结合

      功能 /

      大数据、云计算、物联网的爆发让存储市场火爆异常,价格一涨再涨,从手机、电脑、汽车、到玩具,几乎所有电子产品等离不开存储器,而尤其可穿戴、医疗、工业设备更离不开高性能、高耐久性以及低功耗特性的关键数据存储。作为系统关键组成部分,存储性能至关重要。面对市场上参差不齐的存储器,选择的方向是什么?未来,存储技术的创新又该从哪些方面下手呢?在第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上,富士通电子元器件产品管理部总监冯逸新就富士通对非易失性存储器的策略以及创新方向为大家做了分享。“FRAM(铁电存储器)用于数据记录;NRAM(碳纳米管存储)用于数据记录和电码储存, 还可替代NOR Flash;ReRAM(电阻式

      大数据、云计算、物联网的爆发让存储市场火爆异常,价格一涨再涨,从手机、电脑、汽车、到玩具,几乎所有电子产品等离不开存储器,而尤其可穿戴、医疗、工业设备更离不开高性能、高耐久性以及低功耗特性的关键数据存储。作为系统关键组成部分,存储性能至关重要。面对市场上参差不齐的存储器,选择的方向是什么?未来,存储技术的创新又该从哪些方面下手呢?在第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上,富士通电子元器件产品管理部总监冯逸新就富士通对非易失性存储器的策略以及创新方向为大家做了分享。“FRAM(铁电存储器)用于数据记录;NRAM(碳纳米管存储)用于数据记录和电码储存, 还可替代NOR Flash;ReRAM(电阻式

      赛普拉斯半导体公司(纳斯达克股票代码:CY)近日宣布推出新型串行非易失性存储器系列,为关键任务数据采集提供卓越性能和高可靠性。Excelon™铁电随机存取存储器(F-RAM™)系列具有高速非易失性数据记录功能,即使在恶劣的汽车和工业环境中,以及处于极端温度的情况下均可防止数据的丢失。ExcelonAuto系列具有2Mb至4Mb的汽车级存储密度,而ExcelonUltra系列具有4Mb至8Mb的工业级存储密度。这两个系列均提供低引脚数的小型封装选项,是各类先进汽车和工业应用的理想选择。ExcelonAuto系列提供符合功能安全标准(ISO 26262)的AEC-Q100扩展温度选项。ExcelonUltra 系列提供优于

      系列 /

      说到存储芯片,目前主要是指DRAM内存、NAND闪存及少部分NOR闪存,内存速度极快但成本贵,而且断电不能保存数据,NAND、NOR闪存可以保存数据,成本也廉价,不过性能、延迟是没法跟内存相比的。在这些存储芯片之外,业界还在开发各种新一代芯片,比如MRAM磁阻内存、ReRAM电阻式内存、PCRAM相变内存(Intel的傲腾内存就是相变存储原理),这些芯片的特点就是同时融合了闪存及内存的优点,速度快、延迟低、可靠性高,同时断电也能保存数据,但是这三类芯片也有同样的不足,那就是容量比较小,制造困难。想解决新一代存储芯片的生产难题,那就需要新的半导体设备,在这方面美国应用材料公司又一次走在世界前列

      LAPIS开发出内置高效D级功放与音频播放功能的低功耗微控制器ML610Q304

      TE 《新趋势报告: 如何有效应对当下测试测量领域的挑战》下载最新趋势报告

      你是课代表——TI培训最受欢迎课程由你做主 发帖荐课即可参与幸运抽奖!

      有奖直播:人机互动介面和机器视觉应用上的最佳助手--瑞萨电子 RZ/G, RZ/A 和 RZ/V SoC系列

      Maxim 全新Arm Cortex-M4F微控制器可有效提高设备正常运行时间

      Ampere Altra处理器未来发展规划公布,Altra Max™将扩展到128核

      站点相关:嵌入式处理器嵌入式操作系统开发相关总线与接口数据处理消费电子工业电子汽车电子其他技术存储技术综合资讯论坛电子百科


    上一篇:AG集团一文读懂美国对中国科技企业的精准狙击       

    下一篇:AG集团汽车厂商抱团开发无人驾驶技术:分摊成本
    Copyright©2015-2019AG集团版权所有                                       网站地图