美商應(yīng)材公司(Applied Materials)因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和云端運算所需的新存儲器技術(shù)，日前宣布推出創(chuàng)新、用于大量制造的解決方案，有利于加快產(chǎn)業(yè)采納新存儲器技術(shù)的速度。
現(xiàn)今的大容量存儲器技術(shù)包括DRAM、SRAM和快閃存儲器，這些技術(shù)是在數(shù)十年前發(fā)明，已廣為數(shù)字設(shè)備與系統(tǒng)所采用。新型存儲器中，包括MRAM、ReRAM與PCRAM等將提供獨特的優(yōu)點。但是，這些存儲器所采用的新材料，為大量生產(chǎn)帶來了相當(dāng)程度的挑戰(zhàn)。
因此，應(yīng)材公司日前率先推出新的制造系統(tǒng)，能夠以原子級的精準度，進行新式材料的沉積，而這些新材料將會是生產(chǎn)前述新型存儲器的關(guān)鍵。這是應(yīng)材公司推出了該公司迄今為止所開發(fā)過最先進的系統(tǒng)，讓這些新型存儲器能夠以工業(yè)級的規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)。
應(yīng)材公司表示，當(dāng)前的電腦產(chǎn)業(yè)正在建構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，其中，將會有數(shù)百億個裝置內(nèi)建傳感器、運算與通訊功能，用來監(jiān)控環(huán)境、做決策和傳送重要資訊到云端資料中心。在儲存物聯(lián)網(wǎng)裝置的軟件與AI演算法方面，新世代的MRAM(磁性隨機存取存儲器)是儲存用存儲器的首選之一。
MRAM采用硬盤機中常見的精致磁性材料，藉由MRAM本身快速且非揮發(fā)性的性能，就算在失去電力的情況下，也能保存軟件和資料。而因為MRAM速度快，加上元件容忍度高，MRAM最終可能做為第3級快取存儲器中SRAM的替代產(chǎn)品。MRAM可以整合于物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)計的后端互連層中，進而達成更小的晶粒尺寸，并降低成本。
而對于MRAM的發(fā)展，應(yīng)材公司的新Endura Clover MRAM物理氣相沉積(PVD)平臺，是由9個獨特的晶圓處理反應(yīng)室組成，全都是在純凈、高真空的情況下完成整合。這是業(yè)界第一個大量生產(chǎn)用的300 mm MRAM系統(tǒng)，每個反應(yīng)室可個別沉積最多5種不同的材料。
應(yīng)材公司也強調(diào)，因為MRAM存儲器需經(jīng)過至少30種不同材料層的精密沉積制程。其中，某些材料層可能比人類的頭發(fā)還細微50萬倍。因此，在制程中即使是厚薄度只有原子直徑一丁點的差異，就會對裝置的效能與可靠性造成極大的影響。而Clover MRAM PVD平臺包括內(nèi)建量測功能，可以用次埃級(sub-angstrom)的靈敏度，在MRAM層產(chǎn)生時測量和監(jiān)控其厚度，以確保原子層級的均勻性，同時免除了暴露于外部環(huán)境的風(fēng)險。
另外，隨著資料量產(chǎn)生呈現(xiàn)遽增的情況，云端資料中心也需要針對連結(jié)服務(wù)器和儲存系統(tǒng)的資料路徑，達成這些路徑在速度與耗電量方面的效能提升。對此，因為新一代的ReRAM(電阻式隨機存取存儲器)與PCRAM(相變隨機存取存儲器)具備快速、非揮發(fā)性、低功率的高密度存儲器的特性。可以成為“儲存級存儲器”，以填補服務(wù)器DRAM與儲存存儲器之間，不斷擴大的價格與性能落差。
而對于未來ReRAM及PCRAM的需求，應(yīng)材公司采用新材料制程。應(yīng)材公司解釋，其材料的作用類似于保險絲，可在數(shù)十億個儲存單元內(nèi)選擇性地形成燈絲，以表示資料。對照之下，PCRAM則式采用DVD光碟片中可找到的相變材料，并藉由將材料的狀態(tài)從非晶態(tài)變成晶態(tài)的做法，進行位元的編程，類似于3D NAND Flash快閃存儲器的架構(gòu)。
而ReRAM和PCRAM是以3D結(jié)構(gòu)排列，存儲器制造商可以在每一代的產(chǎn)品中加入更多層，以穩(wěn)健地降低儲存成本。ReRAM與PCRAM也提供編程與電阻率中間階段的可能性，讓每個儲存單元可以儲存多個位元的資料。相較于DRAM，ReRAM及PCRAM皆承諾未來可大幅降低成本，而且讀取效能也比3D NAND Flash快閃存儲器和硬碟機快上許多。ReRAM能將運算元件整合于存儲器陣列中，以協(xié)助克服AI運算相關(guān)的資料移動瓶頸情況下，也是未來存儲器內(nèi)運算架構(gòu)的首要候選技術(shù)。
對此，應(yīng)用材料的Endura Impulse物理氣相沉積(PVD)平臺適用于PCRAM與ReRAM，包含最多9個在真空下進行整合的處理反應(yīng)室及內(nèi)建量測功能，能夠以精密的方式進行沉積，以及控制這些新型存儲器中所使用的多成分材料。