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November 17, 2020

次の新しい記憶

HOREXSはICのパッケージ/テストのICアセンブリのためにPCBの中国の有名なICの基質PCBのmanfuacturerの1つ、ほとんど使用しているである。

複数の次世代の記憶タイプはR & Dの年後に増やが、今でも研究のパイプラインにより新しい記憶がある。

今日、複数の次世代の記憶は、MRAMのような1度または別のものに、phase-change記憶(PCM)およびReRAM、出荷している。次の新しい記憶のいくつかはこれらの技術の延長である。他は全く新しい技術にまたは計算する処理の仕事か記憶の内部を近く持って来る内部記憶含むために基づいているまたはほぼのような建築変更を。R & Dからのそれら押すことはいくつかの技術的なおよびビジネス ハードルを克服することを含みすべてが成功することはまずない。しかし一部は特に有望、今日のドラム、否定論履積およびSRAMを取り替えるために可能性としては目標とされる。

次の新しい記憶の中でタイプは次のとおりである:

FeFETかFeRAM:次世代のferroelectric記憶。

NanotubeのRAM:幾年もの間R & Dではドラムを転置するために、nanotubeのRAMは目標とされる。他は同じ装置のカーボンnanotubesそして次世代の記憶を開発している。

Phase-change記憶:最初のPCM装置を出荷した後、Intelは新版を用意している。他はPCMの市場を書き入れるかもしれない。

ReRAM:将来のバージョンはAIのappsのために置かれる。

Spin-orbitトルクMRAM (SOT-MRAM):SRAMを取り替えるために目標とされる次世代MRAM。

縦の方向で押す付加的な努力がある。例えば、一部は平面SRAMのための潜在的な取り替えとして論理のSRAMを積み重ねる3D SRAMを開発している。

ある新しい記憶タイプが最終的に出荷している間、陪審はまだ次に来るものがである。「私達はこれらの最終的により多くの牽引を得る現れるか、または次GEN記憶を見始めているがそれらは早い開発の段階にまだある」、アレックスYoonを逃亡の研究の年長の技術的なディレクター言った。「SOTおよびFeRAMは約束している。但し、それが必要でしたり経済学によって定められるかどうかもっと」。

現在および未来の次GEN記憶は他の挑戦に直面する。「新しい材料、貯蔵の概念が付いている新しい記憶タイプの爆発があり、材料技術」、スコット フーバーのKLAの主な収穫のコンサルタントを言った。「これは材料および構造性格描写のための区域の重要な挑戦を示す。技術の進歩および基本的な理解の調子が独特な材料および構造を特徴付け、測定し、制御し、改良する私達の機能によって」。ゲートで制御されることは非常に可能である

結局現在および未来の次GENニッチを見つける景色を支配しない。「出現の記憶既存の否定論履積でかなり妨害すると期待されないまたは独立プロダクトとして次の5-10年にわたるドラムの市場」はとフーバーは言った。

SRAMを取り替えること

今日のシステムは頻繁に記憶/貯蔵階層と言われるプロセッサ、グラフィック、また記憶および貯蔵、統合する。今日の階層の最初の層では、SRAMは速いデータ・アクセスのためのプロセッサに統合される。ドラム、次の層は、主記憶操置のために別そして使用されて。ディスク・ドライブおよび否定論履積ベースのソリッド ステート貯蔵ドライブ(SSDs)は貯蔵のために使用される。

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イチジク1:普及するデータおよび計算の源のための出現の記憶:アプライド・マテリアルズ

ドラムおよび否定論履積はシステムの帯域幅や電力要求事項に遅れずについていくために努力している。ドラムは安いが、力を消費する。ドラムは力がシステムで止まるときまた揮発、データを失う意味である。その間否定論履積は安く、システムが締まるとき非揮発それはデータを保つ。しかし否定論履積およびディスク・ドライブは遅い。

従って幾年もの間、企業はドラムおよびフラッシュと同じ属性があり、それらを取り替えることができるずっと「普遍的な記憶」を捜している。競争相手はMRAM、PCMおよびReRAMである。新しい記憶はある大胆な要求をする。例えば、STT-MRAMはSRAMの速度および無制限の持久力のフラッシュのnon-volatilityを特色にする。否定論履積と比較されて、ReRAMはより速く、ビット変更できる。等。

、今日企業がまだ普遍的な記憶を捜しているけれども。「技術の開発者のために、私達はずっと1日ことを、ある種の普遍的な記憶またはキラー記憶はSRAMを取り替えられる同時のドラムおよびフラッシュ」、言ったディレクター デイヴィッドHideo Uriuを、UMCの製品マーケティング想像している。「次世代の記憶まだ従来の記憶のうちのどれも取り替えられないしかし隙間市場のための要求を達成するために記憶の従来の強さを結合してもいい」。は

しばらくの間、MRAM、PCMおよびReRAMはずっと隙間市場のために、大抵出荷している。従ってドラム、否定論履積およびSRAMは主流の記憶に残る。

しかしR & Dで、企業は潜在的なSRAMの取り替えを含む複数の新技術で、はたらいている。通常、プロセッサはCPU、SRAMおよび他のいろいろ機能を統合する。SRAMはプロセッサによって急速に必要とされる指示を貯える。これは水平に1つのキャッシュ メモリと呼ばれる。作動中、プロセッサはL1隠し場所からの指示を頼むが、CPUは時々それらを逃す。従ってプロセッサはまたLevel 2および3呼ばれる二番目のおよびthird-levelのキャッシュ メモリを隠し場所統合する。

SRAMベースのL1隠し場所は速い。潜伏はナノ秒以内である。しかしSRAMはまた破片のたくさんのスペースを占める。「SRAMはセルのサイズの点では挑戦に直面している。7nmに量り、行くので、セルのサイズは500F2である」、Mahendra Pakalaをアプライド・マテリアルズの記憶グループの専務理事言った。

幾年もの間ずっとSRAMを取り替えるために、企業は見ている。複数の可能な競争相手が長年にわたってずっとある。それらの1つは回転移動のトルクMRAM (STT-MRAM)を含んでいる。STT-MRAMはSRAMの速度および無制限の持久力のフラッシュのnon-volatilityを特色にする。

STT-MRAMは磁気トンネルの接続点(MTJ)のメモリ セルとの1トランジスター建築である。それは破片の不揮発性特性を提供するのに電子回転の磁気を使用する。機能を共有するMTJの細胞の同じ平行道を書き、読みなさい。

Everspinは既にSSDsのためのSST-MRAM装置を出荷している。さらに、複数のチップメーカーは2つの市場によって埋め込まれる抜け目がない取り替えおよび隠し場所に裂ける埋め込まれたSTT-MRAMに焦点を合わせている。

これのために、STT-MRAMは取り替えるために抜け目がない破片で埋め込まれて連動になっている。さらに、STT-MRAMはL3隠し場所のためのSRAMを、少なくとも転置するために目標とされる。「STT-MRAMより小さいセルのサイズ、より低い予備発電の条件およびnon-volatilityが共通の機内記憶および最後レベルの隠し場所として使用される大いにより大きく、揮発SRAMに対して強制的な価値提案を提供するSoCsにより密な埋め込むことのために」は言った、ハビエルBanosを高度の沈殿のためのおよびVeecoの腐食マーケティング担当部長展開している。

L1やL2隠し場所のためのSRAMを取り替えるにはしかしSTT-MRAMは十分に速くない。同様にある信頼性問題がある。「私達はSTT-MRAMのために信じる、アクセス時間は5nsに10nsのまわりで飽和する」とApplied's Pakalaの言った。「L1およびL2隠し場所行くとき、私達は」。SOT-MRAMに行く必要があることを信じる

まだR & Dで、SOT-MRAMはSTT-MRAMに類似している。相違はSOT-MRAMが装置の下でSOTの層を統合することである。それはImecに従って隣接したSOTの層で、現在の内部平面の注入によって層の転換を引き起こす。

「STT-MRAMを転換するとき、MTJに現在を押通す必要がある」アルノーFurnemontを、Imecの記憶言ったディレクター。「SOT-MRAMで2本の道がある、のための1つそして1は読書のために書く。読書はSTTのようである。MTJによって読んだ。ないMTJによって書きなさい。これは装置を循環させ、長い生命時間があるために最大限に活用することができるので大きい利点である。第2大きい利点はである速度」。

今日、SOT-MRAMの最も大きい問題はR & Dになぜだけまだあるかの時間の約50%を転換することである。「SRAM、SOT-MRAMと比較されて高密度のような潜在的な利点を持つことができ、non-volatilityによる低い電力の消費」とUMCのUriuは言った。「SOT-MRAM決定の顧客との費用効果が大きい適用に実行される必要がある」。は

問題に演説するためには、Imecは「分野なしの切換え」SOT-MRAMを開発した。ImecはSOTトラックを形づけるhardmaskでferromagnetを埋め込む。これは低い電力で速い切換えを可能にする。

SOT-MRAMはまだ準備ができていない。実行可能であるかどうか企業が定める前に実際、2つ以上の年かかる。

その間、R & Dに、仕事は他の潜在的なSRAMの取り替え、即ち3D SRAMで進行中である。3D SRAMでは、SRAMのダイスはプロセッサで積み重なり、によケイ素のvias (TSVs)を使用して接続される。

3D SRAMはプロセッサとSRAM間の結合の間隔を短くする。3D SRAMが実行可能なアプローチなら時が来ればわかる。

ドラムの競争相手

SRAMのように、幾年もの間企業はずっとドラムを取り替えることを試みている。プロセッサ間の今日の計算の建築、データ移動およびドラム。しかし時々この交換により潜伏および時々記憶壁と呼ばれる高められたパワー消費量を引き起こす。

ドラムは帯域幅の条件で後ろ落ちた。プラス、ドラムのスケーリングは今日の1xnmノードで遅れている。

「私達の適用は多くの記憶を要求する。この問題は機械学習の適用とより悪くなった。それらは多くの記憶を要求する」、Subhasish Mitraの電気工学部教授およびスタンフォード大学のコンピュータ・サイエンスを言った。「破片にすべての記憶を置くことができれば生命は大きい。破片にドラムを離れて行き、アクセス メモリに試みる多くのエネルギーおよび時間を使う必要がない。従って私達はならないそれについての何かをしなければ」。

ドラムとここ付くか、ドラムを取り替えるか、ドラムを高い帯域幅の記憶モジュールに積み重ねるか、または新しい建築に動くいくつかの選択がある。

よいニュースはドラムがまだ立っていない、企業は今日のDDR4インターフェイス規格から次世代DDR5技術に移住していることであり。例えば、サムスンは最近12Gb LPDDR5の移動式ドラム装置をもたらした。5,500Mb/sデータのレートで、装置はLPDDR4破片の速く1.3倍である。

、OEMsにDDR5ドラムのほかの他の記憶選択があるけれども、すぐに。JEDEC (JC-42.4)内のワーク グループは結局OEMsが修正なしでDDR5ソケットにさまざまで新しいメモリ素子、記憶装置を落とすことを可能にする新しいDDR5 NVRAM specを開発している。「NVRAMの指定カーボンnanotubeの記憶を取囲む、phase-change記憶、抵抗RAMおよび論理上磁気RAM」、はビルGervasi、Nanteroの主なシステム建築家を言った。「私達は統一しているすべての建築を」。

このspecは新しい記憶を使用することタイプ インするシステムをそれをもっと簡単にすることができる。それはまたドラムを取り替える方法である。

まだ、ドラムおよび否定論履積を両方取り替えることは困難である。それらは安く、証明されて、ほとんどの仕事を扱ってもいい。さらに、それら両方に未来の改善のための道路地図がある。「否定論履積は年5と生成3と行くことを持っている。ドラムは次の5年の間ゆっくり量る」、印Webb、相談しているMKWの投機の校長を言った。「私達に実際に利用でき、出荷である固体新しい記憶がある。これらは育ち、増加したり、取り替えない、ドラムおよび否定論履積」。

1つの新しい記憶タイプは蒸気、即ち3D XPointを得ている。2015年にIntelによって導入されて、3D XPointはPCMと呼ばれる技術に基づいている。およびDIMMs、PCMの店情報無定形および結晶段階にSSDsで使用される。

しかしIntelは技術と遅かった。Intelは3D XPointのSSDsを出荷している。「私はIntelが2017年までにDIMMsを出荷しようとしていたという仮定に基づいて2015で予測をまとめた。それらは2019年までのそれをしないことを終えた」、便利なジム客観的な分析の分析者を言った。

それにもかかわらず、2層の積み重ねられた建築のまわりで造られて、Intelの3D XPoint装置は20nm幾何学を使用して128ギガビット密度入って来。「それは大きい耐久性がある記憶であるが、否定論履積を取り替えていないまたはドラム」とMKWのWebbは言った。

今度は、Intelおよびミクロンは2020年に現われるPCMの次の版を開発している。本当らしい次世代3D XPointは20nm加工技術に基づいてに期待される、Webbに従って4つの積み重ねが、あるかもしれない。「私達は二度密度であるとそれが期待する。今日、それは128Gbitである。私達は次世代のための256Gbitを期待している」と彼は言った。

他のシナリオがある。将来、便利な客観的な分析は3D XPointを2層装置としてとどまることを、15nm形状に動くことを見る。時が来ればわかる。

PCMが増やしている間、ferroelectric FETs (FeFETs)のような他の技術はR & Dにまだある。「FeFETのメモリ セルで、ferroelectric絶縁体は標準的なMOSFET装置のゲートの積み重ねに」、説明したステファンMüller、Ferroelectric記憶(FMC)の行政長官を挿入される。

「標準的な誘電性HfO2使用中の今日と比較されて、ferroelectric HfO2は不揮発性方法のトランジスターの境界の電圧を変えると永久的な双極子時を」Mullerr言った示す。「読まれた電圧の適切な選択によって、高い流れまたはトランジスターを通る低い現在の流れ」。

FMCおよび他はおよびFeFET独立装置埋め込んでいる開発して。埋め込まれたFeFETはコントローラーで統合される。独立装置は新しい記憶タイプまたはドラムの取り替えになるかもしれない。「FeRAMはドラムよりより少ないエネルギーをずっと使用するよい代わりである。しかし持久力は改善される必要がある」とLam's Yoonの言った。

それは方向によってFeFETsが行くが、ここにある挑戦がある何が明白でない。「ferroelectric HfO2に基づくメモリ セル10ns政体に書いたり/読まれた速度、fJのエネルギー消費250°Cを越えるデータ保持、循環の持久力>1010周期を示すことができ、finFETの技術ノードを越えるへのスケーラビリティ」はとFMCのMüllerは言った。「挑戦現在1つのメモリ素子、記憶装置と並行して何百万のメモリ セルの配列にこれらの測定基準を併合することでありこれらのメモリ セルのそれぞれは多くをまたはより少なく全く同じに行わなければならない」。は

その間、幾年もの間、Nanteroはずっと埋め込まれたおよびドラム取り替えのappsのためのカーボンnanotubeのラムを開発している。カーボンnanotubesは強く、伝導性の円柱構造である。まだR & Dに、NanteroのNRAMsはドラムより速く、フラッシュのように不揮発性である。しかしこれは取って長くより商業化すると期待されている。

冨士通のNRAMsのための最初の顧客は、2020年の間候補になる生産との2019年に部分を見本抽出すると期待される。

カーボンnanotubesは他の方向で動いている。2017年に、高等研究企画庁は3DSoCを含む複数のプログラムを、進水させた。MIT、スタンフォードおよびSkyWaterはカーボンnanotubeの論理の上にReRAMを積み重ねる単一3D装置を発達させることを向ける3DSoCプログラムのパートナーである。ReRAMは抵抗器の要素の電子交換に基づいている。

今でもR & Dに、技術はドラムの取り替えではない。その代り、それはいわゆる計算記憶部門の下で下る。目的はシステムの記憶ネックを軽減するために記憶そして論理関数をに近い方の持って来ることである。

「第3次元へ行くことについて考えなければならない」とスタンフォードMitraの言った。「いかに破片にすべてを置くことを行っているか」。あるか、別の方法で

現在、3DSoC装置はカーボンnanotubeの論理にReRAMを置く2層3Dの構造である。4層装置は年末までに当然である。目的は生産を持ち出すことであり、複数のプロジェクトのウエファーを提供することは2021年までに動く。

最近、グループはSkyWaterに技術を移した。200mmのウエファーで装置を90nmプロセスを使用する作る鋳物場の売り手の計画。「3DSoC建築はカーボンnanotubeベースのトランジスターの層を含んでいる。それらはnでなされ、CMOSのトランジスター技術を作るpのタイプ」Bradファーガソン、SkyWaterのCTOを言った。「CNTベースのアクセスのトランジスターを」。含んでいるReRAMの記憶の他の層と結合することができる

すてきのでは、カーボンnanotubesは沈殿プロセスを使用して形作られる。挑戦はnanotubesがプロセスの間に変化およびミスアラインメントに傾向があることである。

「私達は克服するべき道が見、ある主挑戦は3つの第一次事を含んでいる。第1はカーボンnanotubesの純度である。根本資料のカーボンnanotubesに多くの可変性がある。プログラムの部分は私達が高い純度のsingle-wall半導体カーボンnanotubesを得ること根本資料の純度をそのような物改善していると」、ファーガソン言った。「第2そして第3挑戦はトランジスターとして統合に関連している。それはであるトランジスター性能の可変性そして安定性」。

技術は働けば陰謀的ある。「事実は私達が90nmことをのこれを示した後この技術をいいことである量っても。それは7nm平面の技術に優ることであるこのプログラムの示された目的と結合される。これはプログラムが巧妙、それ別のカーブのノード スケーリングを再調節してもよい意味し、複雑さ、性能の点では費用、『』彼は付け加えた。

AIの記憶

幾年もの間仕事では、ReRAMは一度否定論履積の取り替えとして押売りした。しかし否定論履積は遠くより前に考え量り、ReRAMの位置を変えるために多数をもたらす。

今日、一部は埋め込まれたReRAMで動作している。他はニッチ指向の適用のための独立ReRAMを開発している。長期、ReRAMは地平線を拡大している。それはAIのapps、ドラムの取り替え、または両方のために目標とした。

ReRAMの1つの会社、横木は、可能性としてはドラムを転置できる独立装置を発達させている。これはReRAMおよび論理と横木そっくりの建築を含む。

「、特にデータ センタの顧客に話すことの後に、最も大きい苦痛ポイントはドラムである。それは否定論履積ではない。それはエネルギー消費のためにドラムであり、費用」、シルバンDuboisを横木の戦略的なマーケティングそして事業開発の副大統領言った。「高密度スタンドアロン・アプリケーションのために、私達は読書集中的な適用のためのデータ センタのドラムの取り替えを目標としている。8Xでドラムのそして5Xコスト低減への3X、これについての密度は大きい省エネと共に提供するhyperscaleのデータ センタの大きいTCOの減少を」。

横木のReRAMの技術はまた機械学習のために目標とされる。機械学習はニューラル・ネットワークを含む。ニューラル・ネットワークでは、システムはデータを砕き、パターンを識別する。それはある特定のパターンに一致させ、重要であるかそれらの属性のどれが学ぶ。

ReRAMはさらにもっと高度のappsのために目標とされる。「アナログの計算し、neuromorphic計算のような新しい方法でReRAMを使用する絶好の機会があるがこれは研究段階にもっとある」とDuboisは言った。

また計算するNeuromorphicはニューラル・ネットワークを使用する。これのために、ReRAMをケイ素の頭脳を複製するように試みている進めた。目的は情報が精密時限脈拍を使用して装置で動いている、この区域で進行中の材料の前部に多くの研究が特にあること方法をまねることであり。

「大きい質問」は言った、Srikanth Kommuを醸造業者科学の半導体ビジネスの常務取締役される必要がある実際にそれを可能にするためにものがである。「材料がこの区域の違いを生じることができるかどうか多くの研究がのまわりにある。今は、私達はではない確実」。

材料へ2つの面がある。1つは速度および耐久性を含む。第2は収穫および最終的に費用に影響を与えるdefectivity含む、およびmanufacturabilityを。「多くのこれは許容に基づき、defectivity」、Kommuを言った。「defectivityが100なら、2年毎に必要とする70%の改善を」。

neuromorphic建築の興味は力およびパフォーマンスの理由両方のためのAI/MLの採用そして広がりと育っている。ナノLetiおよびReRAMの開始Weebitはシステムで最近neuromorphicの形態を計算それら行った目的認識の仕事を示した。

デモはWeebitのReRAMの技術、ニューラル・ネットワークのアルゴリズムを打ちつける連続した推論の仕事の使用を使用した。「人工知能は急速に拡大している。私達は顔認識の適用、自律性乗物を見て、医学予想の使用、ちょうど少数の範囲を示すため」、Coby Hanoch言った、Weebitの行政長官を。

結論

STT-MRAMはまたドラムの取り替えとして提案された。しかしSTT-MRAMか他の新しい記憶はドラムか否定論履積を転置しない。

まだ、記憶の現在および次世代は見る価値がある。これまでに、彼らは景色を破壊しなかった。しかし彼らは絶えず変化した記憶市場の在職者に対して凹みを作っている。「私達は競争がまだ勝たれていない出現のメモリ技術の場所に」、客観的な分析の便利な前述いる。(記事はインターネットからある)。

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