新世代存储器是何方神圣，让英特尔、三星、台积电纷纷投入一较高下

来源： 拓墣产业

曾投入存储器研发生产，但却不敌成本高昂而退出存储器市场的台积电，竟然再度投入存储器产业。是什么样的技术，不但吸引台积电再次投入这块市场，更让三星、英特尔、格罗方德都已经摩拳擦掌投入，准备好一较高下了？

这个让半导体巨头纷纷投入的技术就是被称为新世代存储器的 MRAM 和 RRAM。

MRAM 和 RRAM 的特性为何，与 DRAM、NAND（快闪存储器）相比，又有什么样的效能与成本优势？让我们从 MRAM 和 RRAM 两项技术看起。

什么是新世代存储器？

MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory，磁阻式随机存取存储器）是一种非挥发性存储器技术，也就是当电流关掉，所储存的资料并不会消失的存储器。它自 1990 年代开始发展，这项技术在学理上的存取速度接近 SRAM，具快闪存储器的非挥发性特性，在容量密度及使用寿命上也不输给 DRAM，平均能耗远低于 DRAM，未来极具成为真正通用型存储器潜力。

而 RRAM（Resistive random-access memory，可变电阻式存储器）同样是一种新型的非挥发性存储器，其优点在于消耗电力较 NAND 低，且写入资讯速度比 NAND 快闪存储器快了 1 万倍。

从阶层式存储器的金字塔图来看，SRAM 位于金字塔尖端，为最高端、速度最快，成本也最高的产品。其次为主存储器的DRAM，MRAM 仅次于 DRAM，而 RRAM 则紧接其后，在 RRAM 之下的是 NAND，从此图可以看出 MRAM 与 RRAM 的市场定位也正是介于 DRAM 与 NAND 之间。

高速运算、数据中心、物联网激发新世代存储器高度需求

事实上，MRAM 与 RRAM 技术并非近年来的产物，早在 1990 年代，就有厂商开始投入研发，而促使新世代存储器发展在近年来露出曙光的原因，正是进入高速运算时代，存储器技术演进速度出现跟不上系统效能演进速度所导致。

随着数据的产生速度不断加快，对存储器的需求也飞速成长。从对 DRAM 的高速运算需求来看，在高速运算下，存储器(DRAM)与 CPU 间的频宽，渐成为运算瓶颈，为解决上述瓶颈，HBM、TSV、offload 运算加速器成为产业研发的重心。此外，DRAM 也面临了摩尔定律发展下去的限制，说明了为什么半导体巨擘们要积极投入新世代存储器研发生产的原因。

另一方面，SSD 数据中心存储的高速 IOPS 需求也是业界的一大焦点，除了数据中心的高速 IOPS 需求外，信赖度、能耗也是重要的指标，NAND 本身走到 TLC 虽然在价格上有优势，但却面临产品信赖度恶化的状况，目前以 Page 式的写入方式，让写入成为 IOPS 的主要瓶颈。此外，在资料传输速度要求越来越高下，为了保证资料的正确性，SSD Controller 须内建高速的 Buffer，然而不论是用 DRAM 或是 SRAM 均需要额外提供电源以保障供电异常下的正常发展。在这个前提下，新世代存储器也成为产业寄望能改善 NAND 问题的关键技术。

除了高速运算与数据中心的储存需求以外，物联网物端需要的非挥发性存储器，也就是即时数据存储需求，牵涉到物联网需要低能耗、资料耐久度高、每次写入或存储的资料单位小等层面。而这三项特色导致 NAND 的不合适，目前更多的解决方案是采用嵌入式存储器（Embedded Memory）。不过，就目前嵌入式存储器的发展来看，其制作流程、占用面积均仍有持续进步的空间，因此也成为新世代存储器技术的另一个切入的面向。

嵌入式产品效能更胜一筹，台积电也没缺席

尽管新世代存储器未来有望取代部分 DRAM 与 NAND 的市场，而成为业界关注的明日之星，然而，台积电重新跨进存储器产业，他着眼的并非将存储器做为单独的产品销售，而是锁定嵌入式存储器市场。

台积电锁定的嵌入式存储器产品，可以说是新世代存储器另一个改变产业形貌的重要路线。从目前的应用上来看，在工业、车用 MCU 或是物联网 IC 的应用中，新世代存储器有机会透过其能耗表现佳、占用面积小、发挥发性、读写速度快、操作电压低、增加的制程复杂度低等优势，进一步增加其在嵌入式市场的渗透率。

此外，嵌入式产品在效能表现上，也可望高于过去的 off-chip 产品，对于像是台积电、联电、格罗方德等晶圆代工厂来说，提供嵌入式存储器产品，除能扩张产品线与提供客户更多的支持外，并能做为未来逻辑 IC 与存储器在系统架构上进一步融合的前置布局。然而，对于三星等既有存储器厂商而言，新世代存储器的发展无疑带来发展的契机，但能预期的是，未来的竞争态势也将更为激烈。

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