曾大舉退出內存生產的中芯國際 為何鎖定ReRAM？

比NAND閃存更快千倍 40納米ReRAM在中芯國際投產引起業界關注！曾經一度大舉退出內存生產的中芯國際，為何鎖定瞄準ReRAM？主要原因在于ReRAM應用在物聯網（IoT）裝置擁有愈長的電池續航力，一來可節省維護成本、二來有助提高物聯網基礎設施可持續性。

現階段業界也在尋找可大幅降低物聯網裝置能源消耗的辦法，為此業界發現物聯網芯片中內嵌“可變電阻式內存”（ReRAM），有助達成此一節能目標。

據報導，若要達到物聯網應用的能源采用要求，需要導入各式節能策略，即使多數物聯網裝置設計成可休眠或待命的模式，但再怎么說物聯網裝置仍有一定比例時間在運作，因此如何節能仍是一大技術重點。

其中嵌入式內存在協助物聯網芯片節能上便扮演要角，因具備低功耗及低電壓操作、單體IC、快速讀寫時間、非揮發性以及高容量等有助提升物聯網裝置能源效率的優勢。

ReRAM不同于傳統Flash內存技術，ReRAM內存是以字節進行尋址，能以小型頁（page）進行建構，因此ReRAM能夠獨立抹除及再寫入，能夠大幅簡化儲存控制器的復雜性。

ReRAM儲存單元通常在兩個金屬電極之間部署一個切換材料，當施加電壓時該材料能夠顯現出不同的阻力特性，該切換材料及內存儲存單元如何進行組構，就成為決定ReRAM節電性的關鍵。該切換材料為燈絲納米粒子（Filamentary nanoparticle），以及不具導電性的非晶硅（a-Si）這類簡易CMOS兼容性材料。

例如Crossbar ReRAM技術，是基于采用對CMOS友善的材料及標準CMOS制程的簡易兩個終端裝置結構所開發，能夠輕易與CMOS邏輯電路進行整合，且能夠以現有CMOS廠房生產，無需采特殊的設備或材料。

藉由低溫BEOL制程，可將多層ReRAM數組整合至CMOS晶圓之上，用以打造系統單芯片（SoC）及其他擁有大量3D單片內嵌式RRAM儲存的芯片產品。因此相較于傳統Flash內存，ReRAM具備節能、延長壽命及讀寫延遲等顯著優勢。

在程序化效能及功耗表現上，ReRAM每儲存單位程序化耗能為64皮焦耳（pJ），比傳統NAND Flash表現好上2成以上。另外更低且更可預測的讀寫延遲，也有助藉由縮短編碼獲取或數據串流的時間，達到減少能耗的效果。

在系統層次，若能在SoC中內建儲存內存，也有助透過減少或省去對外部內存的近用，在更無需I/O操作下達到節能功效。值得注意的是，ReRAM技術是采用一項基于電場的切換機制，因此可創造高度可靠性及在較廣泛不同溫度情況下的高穩定表現。

基于ReRAM能夠內建于SoC、邏輯芯片、模擬芯片及射頻（RF）芯片等各類可能的物聯網芯片技術領域，將有助延長物聯網芯片續航力達數年都無需更換電池或整顆芯片的程度。除了節能外，ReRAM也具備制程及成本效益、高穩定及可靠性，以及單片IC整合至單芯片物聯網系統解決方案的效益及技術優勢。

有鑒于未來幾年全球物聯網應用可望持續蓬勃起飛，若未來ReRAM技術成為全球物聯網芯片主流內存解決方案，將有助除去運算與數據儲存之間的界線，有利于以數據為中心的運算架構發展。