引台积电/三星/英特尔/GF竞逐 新世代存储器是什么鬼？

　　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，除了资料中心的高速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，在数据传输速度要求越来越高下，为了保证数据的正确性，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，也就是即时资料储存需求，牵涉到物联网需要低能耗、数据耐久度高、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贩售，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。