手机、PDA、移动PC等移动设备对存储器的要求与服务器、台式PC和笔记本PC等截然不同。长期以来,这些移动设备最主要的要求是低成本、低功耗以及非易失性。但是由于目前出现的各类存储器都有其自身缺陷,因而没有一款能够满足上述所有要求。例如,DRAM成本低且能够随机访问,但遗憾的却是断电后会丢失数据(易失性)；在上述应用中充当缓存的SRAM,读写速度快且能够随机访问,但缺点是易失且成本较高；闪存成本低且具有非易失性特点,但苦于速度慢而且无法随机访问。此外,目前的闪存制造技术也无法生产出存储容量超过16Gb的产品。
为了解决这些不足,相关行业已经开始开发集合DRAM、SRAM和闪存所有优点的下一代存储器,例如磁性随机存储器(MRAM)、铁电随机存储器(FeRAM/FRAM)和相变随机存储器(PRAM)等。但是目前除了PRAM外,FRAM和MRAM甚至在原型上也没能跨越16Mb大关。相比之下,PRAM更易实现大容量和大规模生产,因而也成为眼下面向移动设备用下一代存储器中最有希望的候选者。
众多韩国公司投入PRAM开发
三星电子最近推出了世界上首款商业化的256Mb PRAM。三星计划在2006年下半年将其投入量产,其商业化脚步大大超出预期时间。如果发展顺利的话,预计PRAM将从2007年起逐步取代闪存,成为下一代存储器产品中的主导力量。
三星电子公司的半导体主管Hwang Chang-Kyu表示:“我曾发表过一项Hwang氏定律,指出存储器芯片的存储容量每12个月就会翻一番,这在PRAM上也适用。”与此相关的是,三星已经发布了其PRAM开发路线图,计划继2005年开发256Mb PRAM后,在2006年推出512Mb,2007年推出1Gb。
正在积极向移动半导体市场挺进的Hynix半导体公司,也已经将PRAM视为其下一代存储器产品的首位候选者,虽然该公司表示产品大规模量产的具体时间还将取决于市场条件。
像Ararion、O2IC和优先半导体这些韩国本土无晶圆半导体公司,也纷纷加快了各自开发专业存储器芯片(PRAM、McRAM等)的步伐。据报道,O2IC公司的McRAM可以在一块芯片上实现非易失性闪存和易失性DRAM和SRAM；而韩国电子通讯研究所(ETRI)借助新材料开发的下一代PRAM,其运行速度是现有PRAM的4倍以上,而功耗则仅为1/10。
移动领域可能发生的变化
三星公司开发成功并将于2006年量产的256Mb PRAM,预计将对现有的移动设备存储市场造成巨大影响。三星很可能会将PRAM作为高端移动电话中的嵌入式存储器使用,而不是作为独立芯片。随着移动电话存储器市场向用途多样化以及大容量发展,谁能借助DRAM、SRAM和闪存的力量抢先开发下一代存储技术,就意味着谁将抢占市场先机。以嵌入式应用为例,MCU中嵌入的存储器包括SRAM和闪存,目前业界正在使用多芯片封装(MCP)技术弥补两种芯片各自的缺陷。然而,结合多方优势的PRAM的出现,预计将从MCP手中夺取嵌入式市场。
凭借其耐用性的提高和运行速度的增加,PRAM正计划取代目前移动电话中NOR闪存的地位。在3V电压下工作时,PRAM的写入速度达100ns、读出速度达50ns,而可编程次数则提高到了20亿次。其数据完整性能够在70摄氏度的高温下,将数据保持20年之久。与移动电话中普遍使用的NOR闪存相比,256Mb的 PRAM具有相同的容量,但数据处理速度却快了1,000倍,因而预计PRAM将最先取代NOR闪存。
PRAM的量产估计还会限制NAND闪存在移动电话中的使用范围。目前,占全球NAND市场60%以上份额的三星公司,已经解决了NAND闪存的速度问题,而且通过使用MCP技术实现了NAND的大容量,从而使得NAND闪存开始迅速蚕食NOR闪存的市场。但从长远角度来看,PRAM由于具有大容量的易实现性,因而预计会一并取代NAND闪存。最终,NOR、NAND和PRAM之间激烈的市场竞争将不可避免。
现存挑战
PRAM的商业化依然存在一些挑战,部分难题仍未解决,例如如何确保其可靠性。此外,要想打入独立存储器市场,PRAM的容量必须达到Gb水平。而要想在嵌入式市场站稳脚跟,其复位电流还需要降低到每芯片几十毫安的水平。
作者:朴东昱
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