針對(duì)低功耗應(yīng)用的非易失性電阻式RAM技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2021-02-01 來源:Maurizio Di Paolo Emilio 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】不久前,Dialog半導(dǎo)體公司與格芯(GLOBALFOUNDRIES)簽訂了協(xié)議,向其授權(quán)導(dǎo)電橋式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Conductive Bridging RAM;CBRAM)技術(shù)。CBRAM屬于通用的存儲(chǔ)器技術(shù),應(yīng)用范圍非常廣,從可穿戴設(shè)備到智能手機(jī)等。其性能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在低功耗。
CBRAM技術(shù)由Dialog于2020年收購(gòu)的Adesto Technologies首創(chuàng)并獲得專利。有了這項(xiàng)專利許可,格芯將在其22FDX平臺(tái)上提供這種配置,并在未來幾年將其擴(kuò)展到其他平臺(tái)。
存儲(chǔ)器行業(yè)正在經(jīng)歷工業(yè)和技術(shù)層面的深刻發(fā)展。新的技術(shù)知識(shí)催生了NVM(非易失性存儲(chǔ)器)元件在電阻上做了改變,并擴(kuò)展了功能,以適用于光學(xué)和電氣設(shè)備。CBRAM存儲(chǔ)器是通過采用專利金屬化技術(shù),在標(biāo)準(zhǔn)CMOS互連金屬層之間采用電介質(zhì)疊層而創(chuàng)建的。CBRAM工藝改變了其存儲(chǔ)單元的電阻,提供了更高的可靠性。
CBRAM技術(shù)
Dialog的CBRAM技術(shù)適用于像所有物聯(lián)網(wǎng)解決方案一樣要求低功耗的應(yīng)用。應(yīng)用范圍包括從5G到人工智能,這些領(lǐng)域?qū)ψx/寫速度有很高要求,但同時(shí)要求降低生產(chǎn)成本。像工業(yè)應(yīng)用這種需要對(duì)嚴(yán)苛環(huán)境有一定耐受能力的應(yīng)用也偏愛使用該技術(shù),該技術(shù)也可用于汽車行業(yè)。
近期,Dialog半導(dǎo)體公司工業(yè)應(yīng)用IC副總裁Raphael Mehrbians在接受EE Times Europe采訪時(shí),分析了CBRAM的重要性,談到了Dialog在收購(gòu)Adesto之后采取的戰(zhàn)略。與格芯的合作證明了該技術(shù)得以很好地使用。
與傳統(tǒng)的嵌入式NVM不同,CBRAM技術(shù)不需要高電壓來改變記憶單元狀態(tài)。“這不僅使它能夠集成到標(biāo)準(zhǔn)邏輯中,還意味著進(jìn)出陣列的數(shù)據(jù)路徑的電壓相對(duì)較低。為了從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù),將低電壓施加到選中的柵極,使用典型的傳感技術(shù)即可提取記憶單元的電阻。” Mehrbians說。
CBRAM產(chǎn)品的截面展示了其易于在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中集成(圖片來源:Dialog半導(dǎo)體公司)
● 該技術(shù)的主要電氣特性可以總結(jié)如下:
● CBRAM單元由1個(gè)選擇的晶體管和1個(gè)可編程非易失性電阻組成。
● CBRAM是一種電化學(xué)單元,它通過原子的電動(dòng)運(yùn)動(dòng)來改變狀態(tài)。
● 邏輯1由具有導(dǎo)通時(shí)的低電阻單元表示。
● 邏輯0由具有截止時(shí)的高電阻單元表示。
● 通過施加相反極性的電壓脈沖將其編程為1和將其擦除為0。
● 高可靠性、100K 擦寫次數(shù)、10年數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
● 高熱穩(wěn)定性,兼容回流焊
● 寫 @ <3V
● 讀 @ <0.8V
正如Dialog所指出的,該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是功耗和成本。“CBRAM技術(shù)的固有特點(diǎn)是低電壓和低功耗。對(duì)于需要低電壓/低功耗NVM的嵌入式系統(tǒng)而言,這是很重要的優(yōu)勢(shì)。CBRAM簡(jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)僅通過增加幾道后道工序的掩膜即可方便地插入標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯中,顯著低于傳統(tǒng)嵌入式閃存所需的數(shù)量。與其他NVM技術(shù)相比,后道工序的插入還提供了優(yōu)越的可擴(kuò)展性。”Mehrbians說。
CBRAM將于2022年在格芯的22FDX平臺(tái)上作為嵌入式NVM選項(xiàng)提供投入生產(chǎn)。當(dāng)電源斷開時(shí),像RAM(隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器)這樣的易失性存儲(chǔ)器會(huì)丟失它們存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),而NVM會(huì)在電源斷開后保存存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)。
“傳統(tǒng)嵌入式NVM的挑戰(zhàn)包括:擴(kuò)展到28nm以下的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)、傳統(tǒng)CMOS的成本顯著增加、 以及在訪問時(shí)間和功耗方面的性能。”Mehrbians說。
圖2:CBRAM的工作原理(圖片來源:Dialog半導(dǎo)體公司)
他補(bǔ)充說:“該技術(shù)適用的應(yīng)用包括先進(jìn)MCU、連接性產(chǎn)品和安全性應(yīng)用。這些通常是更智能的終端設(shè)備所要求的,這些設(shè)備需要更多的智能(AI),以及安全性和先進(jìn)通信協(xié)議,如NB-IoT。”
Dialog強(qiáng)調(diào)了嵌入式NVM與外部存儲(chǔ)器相比的優(yōu)勢(shì),主要是因?yàn)镮O沒有外露。在CBRAM中,實(shí)際上不可能通過物理分析來檢測(cè)記憶單元的狀態(tài)。此外,記憶單元的狀態(tài)不受磁場(chǎng)和輻射的影響(圖1和2)。
通過IP定制,客戶可以修改CBRAM單元來優(yōu)化他們的SoC設(shè)計(jì),提高安全性,或者可以對(duì)單元進(jìn)行調(diào)整以用于新的應(yīng)用。
作者:Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times Europe
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