Энергонезависимые схемы памяти – перспективы развития

Энергонезависимые схемы памяти – перспективы развития

Выпуск 5(6729) от 11 марта 2021 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Энергонезависимые схемы памяти (non-volatile memory, NVM) давно привлекают внимание изготовителей полупроводниковых приборов и конечных электронных систем. Ряд таких схем уже производятся и используются, еще несколько готовятся к выводу на рынок. По применениям они разделяются на автономные и встраиваемые. Обзор относительно их перспектив недавно представила группа Yole Développement (Лион, Франция).

В своем исследовании Yole Développement охватывает перспективные технологии энергонезависимой памяти и новые области их применения, цепочки поставок, экосистемы и стратегии основных производителей. Один из главных выводов заключается в том, что технологии встраиваемой и автономной энергонезависимой памяти, по сути, формируют две разные экосистемы. Каждая из них обладает собственной конкурентной средой, технологическим статусом и тенденциями развития.


Встраиваемые энергонезависимые ИС ЗУ

По данным Yole Développement, в 2026 г. продажи магниторезистивных ОЗУ (MRAM) достигнут примерно 1,7 млрд долл., что будет соответствовать примерно 76% рынка встраиваемых энергонезависимых схем памяти (еNVM) в целом (рис. 1). Основной фактор роста продаж еNVM – ​их использование в микроконтроллерах, приборах Интернета вещей и в качестве буферной памяти в различных специализированных ИС (ASIC). Цепочки поставок еNVM будут быстро расширяться за счет выхода на этот рынок ведущих кремниевых заводов, таких как TSMC, Samsung Foundry, GlobalFoundries и UMC, а также ранних последователей технологии MRAM и первых производителей MRAM (корпорация Sony).



Источник: Yole Développement

Рисунок 1. Прогноз структуры продаж встраиваемой энергонезависимой памяти (NVM) в 2020–2026 гг.

* PCM (phase-change memory) – память на эффекте изменения фазового состояния.

** RRAM, ReRAM (resistive RAM) – резистивные ОЗУ.

*** MRAM (magnetic/magnetoresistive RAM) – магнитные (магниторезистивные) ОЗУ.


В 2020 г. на рынке появились первые гражданские продукты на основе встраиваемых MRAM (eMRAM). К ним можно отнести:

GPS «системы-на-кристалле» (SoC) фирмы Sony, изготовленные на мощностях Samsung Foundry по 28‑нм FD-SOI-процессу (полностью обедненный «кремний-на-изоляторе»);

интеллектуальные часы Huawei;

маломощные микроконтроллеры фирмы Ambiq, изготовленные по 22‑нм процессу TSMC со сверхнизким током утечки (ULL).

В 2021 г. ожидается появление большого числа приборов на основе eMRAM, включая:

процессоры с искусственным интеллектом (нейронные процессоры) фирмы GreenWave с eMRAM, изготовленные по 22‑нм FD-SOI-процессу корпорацией GlobalFoundries;

ускорители краевого искусственного интеллекта (ИИ) фирм Numen и Gyrfalcon, реализованные по 22‑нм ULL-процессу TSMC.

Отмечается, что в 2020 г. на рынок вышли и продукты со встраиваемыми резистивными ОЗУ (eRRAM/eRеRAM). Например, разработчики Nuvoton--Panasonic представили новые ИС со встроенными 40‑нм OxRAM (металл--оксидные RеRAM) для систем безопасности.

Специалисты Yole Développement прогнозируют, что eMRAM будут внедряться быстрее, чем eRRAM. Однако eRRAM остаются серьезным конкурентом. Ведущие производители ИС ЗУ инвестируют в технологию eRRAM, рассматривая ее в качестве замены встраиваемым схемам флэш-памяти (eFlash) с проектными нормами 40 нм и менее. В этом плане можно отметить усилия трех ведущих кремниевых заводов:

TSMC расширила свой 40‑нм процесс для ИС со сверхнизкой потребляемой мощностью (ULP) за счет встраиваемых OxRAM, которые теперь реализуются и по 22‑нм процессу.;

GlobalFoundries лицензировала у корпорации Dialog Semiconductor технологию CBRAM (ОЗУ на проводящих перемычках, технология разработана фирмой Adesto, поглощенной корпорацией Dialog Semiconductor) и теперь реализует ее по 22‑нм FD-SOI-процессу для потребительских приборов и систем с малой потребляемой мощностью;

UMC совместно с Nuvoton--Panasonic разрабатывают 28‑нм OxRAM-процесс, ориентированный на рынок смарт-карт.

Наконец, на рынке еNVM по-прежнему присутствует технология PCM, рассматриваемая как альтернатива eFlash для применения в автомобильных микроконтроллерах. Главным сторонником этой технологии является корпорация STMicroelectronics. Она расценивает свои PCM, реализованные по 28‑нм FD-SOI-процессу, как лучшее еNVM-решение для автомобильной электроники.


Автономные энергонезависимые ИС ЗУ

Как ожидается, рынок автономных NVM увеличится с 595 млн долл. в 2020 г. до 3,3 млрд долл. в 2026 г. (рис. 2). При этом наибольшую долю рынка будут составлять автономные PCM – ​2,6 млрд долл., или около 78%. Предполагается, что технология PCM займет такие позиции благодаря продажам схем типа 3D XPoint, в частности комбинированных DIMM‑модулей памяти, которые Intel реализует в комплекте со своими серверными процессорами.



Источник: Yole Développement

Рисунок 2. Прогноз структуры продаж автономной энергонезависимой памяти (NVM) в 2020–2026 гг.

* Комбинированная память (persistent memory, NVDIMM) – комбинация ДОЗУ с флэш-памятью, позволяющая избежать потери данных при отключении питания. Так как ДОЗУ (модуль DIMM) и флэш-память NAND-типа «сидят» на шине памяти, комбинация работает быстрее, чем флэш-память на карте PCIe.


Специалисты Yole Développement отмечают, что рынок автономных NVM в период 2020–2026 гг. будет демонстрировать среднегодовые темпы роста продаж в сложных процентах (CAGR) на уровне около 33%.

По сравнению с PCM сектора автономных MRAM и RRAM останутся значительно меньше. Их совокупная доля в 2026 г. не превысит 22% рынка автономных схем NVM в целом. Период наращивания продаж ИС типа STT-MRAM оказался дольше, чем первоначально ожидалось. Эти ИС используются в накопителях с низкой задержкой. Дело в том, что использование STT-MRAM в модулях памяти требует значительного времени и ресурсов при проектировании архитектуры систем и разработке технологии подходящих контроллеров.


Embedded and Stand--Alone NVM: Two Different Futures? i-Micronews, February 11, 2021: https://www.i-micronews.com/embedded-and-stand--alone-nvm-two-different--futures/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.