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16納米?再低。10納米?再低。Crossbar在制程方面表現出超強的野心。
ReRAM初創企業Crossbar公司已經發布了一款來自SMIC的嵌入式ReRAM芯片樣品,且其目前正在接受評估。
SMIC目前正在采用40納米制程,且有計劃進一步開發28納米制程工藝。但Crossbar公司的設想是至少要將其控制在16納米到10納米水平,且隨后還要進一步實現縮小。
這款芯片設計方案采用非導電非晶硅(簡稱a-SI)技術。頂部與底部電極之間存在開關層,且該層相對于通過電流的電阻基于離子(銀)金屬運動。當在兩個電極之間施加足夠的電壓時即可導致電極間形成離子態納米長絲,而電阻也將因此而改變。
Crossbar公司表示,單一單元可由一個晶體管進行控制,即一晶體管每ReRAM單元——簡稱為1T1R。各晶體管存在尺寸限制。另外,為了實現成本效益,在各單元皆擁有單元內選擇器機制可用于選擇或者不選擇個別單元的情況下,則單一晶體管最多可控制2000個ReRAM單元——即1TnR模式。
這一方案通過交叉開關機制來實現,其基本思路與3D XPoint內存一致——我們也可以將其稱為另一種3D XPoint方案。就目前來看,其中可實現最多16個交叉層級。
1T1R模式能夠提供最低延遲水平,而1TnR模式則擁有最理想的單位區域存儲密度。我們可以想象,1T1R模式應該會被用于嵌入式內存應用、演進式緩存; 而1TnR模式則被用于M.2甚至是NVDIMM等形式的SSD等存儲驅動器。
Crossbar公司告訴我們,其將ReRAM單元縮小至次10納米級別的嘗試將不會對納米長絲的形成與撤銷產生不利影響,這一點與NAND閃存不同。相比之下,NAND閃存單元若縮小至一定程度,則會導致能夠用于保持所施加電荷的電子數量太少,最終致使單元位值衰減。除此之外,Crossbar公司表示其ReRAM芯片相較于NAND閃存在讀取延遲上低100化妝品,定稿性能則可提高20倍。該公司指出:“基于ReRAM的SSD產品將提供更低且更為穩定的讀取延遲,具體范圍在數十微秒水平。”
SSD的隨機4K讀取延遲可能為150微秒,但緩存與訪問堆棧簡化將能夠降低這一延遲。舉例來說,NVMe PCIe SSD的讀取延遲在110微秒,而寫入延遲則為30到50微秒。據我們了解,美光Optane(3D XPoint)的讀取延遲為10微秒,寫入延遲則為20微秒。
這意味著ReRAM仍然需要克服一定障礙才能真正獲得市場吸引力。
ReRAM還采用字節可尋址機制以取代塊可尋址。其設計方案適用于那些“通過移除大部分用于垃圾回收的背景內存訪問以顯著簡化存儲控制器復雜度”的小型頁面。
Crossbar公司的ReRAM技術在進行編程之前不需要進行任何擦除操作,而且應該比15納米單元尺寸的2D MLC與TLC NAND擁有更出色的使用壽命。不過我們尚不清楚其使用壽命與尺寸更大的光蝕刻3D NAND相比孰優孰劣。
早在2014年12月,Corssbar公司就表示其已經解決了一項影響到單元內容可讀性的電流路徑難題。2015年9月,該公司在D輪融資中籌得3500萬美元,主要用于該項技術的商業化。而2014年的C輪融資亦有2500萬美元進賬。該公司將首批生產時間規劃在2016年年末。
Crossbar公司將其技術授權至代工廠商,同時亦在與多位潛在合作伙伴探討推出不同ReRAM內存式芯片的具體方案。
目前,XPoint、ReRAM與NRAM之間的競爭正愈演愈烈,而各供應商及技術初創企業亦紛紛拿出自己的方案以解決DRAM與閃存之間的性能鴻溝。
預計今年晚些時候,Crossbar公司還將公布更多值得關注的新消息。