應用材料公司今日宣佈推出可實現大規模量產的創新型解決方案，旨在加速面向物聯網(IoT)和雲計算的新型存儲器的工業應用進程。
幾十年前所研製出且已大規模量產的存儲器技術，包括 DRAM、SRAM 和閃存等，現已廣泛應用於各種數字設備和系統中。而以MRAM、ReRAM 和 PCRAM 為代表的新型存儲器雖然能夠帶來獨特的優勢，但由於這些存儲器均採用新型材料，至今很難實現大規模量產。應用材料公司今日推出的全新制造系統能夠以原子級的精度沉積新型材料，從而解決生產這些新型存儲器的核心難題。這些系統是應用材料公司迄今為止開發的最先進的系統，能夠助力這些前景廣闊的新型存儲器實現可靠的工業規模量產。
“我們今天推出的新型 Endura®平臺是公司有史以來最精密的芯片製造系統。”應用材料公司半導體產品事業部高級副總裁兼總經理 Prabu Raja 博士表示，“廣泛的產品組合為我們帶來得天獨厚的優勢，使我們能成功地將多種材料工程技術與機載計量技術相集成，打造出前所未有的新型薄膜和結構。這些集成化平臺充分展示了新材料和 3D 架構能夠發揮關鍵的作用，並以全新的方式幫助計算行業優化性能、提升功率並降低成本。”
“IBM 多年以來一直引領著新型存儲器的研發，我們可以看到，隨著人工智能時代對芯片性能和效率的要求越來越高，行業對新型存儲器技術的需求也在不斷增加。”IBM 研究院半導體、人工智能硬件與系統部副總裁MukeshKhare表示，“新材料和設備在這一過程中能夠發揮重要作用，使這些面向物聯網(IoT)、雲計算和人工智能產品的高性能、低功耗嵌入式存儲器成功投入生產。應用材料公司的大規模量產解決方案有助於加快整個行業獲得這些新型存儲器。”
“提高數據中心的效率是雲服務提供商和企業客戶的當務之急。”SK海力士先進薄膜技術部負責人 Sung Gon Jin 表示，“除了在 DRAM 和 NAND 方面持續推動創新，SK海力士還率先開發了有助於提高性能和降低功耗的新一代存儲器。我們十分重視與應用材料公司的合作，雙方將專注於前景廣闊的新型存儲器，共同加速新材料和大規模量產技術的開發。”
“隨著人工智能，機器學習和物聯網的進步，使得計算負載變得日益數據密集且複雜，這需要更為創新的存儲技術對其進行有效的處理。”西部數據（Western Digital）研究副總裁Richard New表示，“應用材料公司正在提供重要技術，助力加速業界獲得MRAM、ReRAM和PCRAM這些前景廣闊的新型存儲器。”
面向物聯網（IoT）的 MRAM
計算機行業正在積極構建物聯網(IoT)，將傳感器、計算和通信技術整合到數百億的設備中，以便監控設備環境、制定決策並向雲數據中心發送關鍵信息。MRAM（磁性隨機存取存儲器）是存儲物聯網設備軟件和 AI 算法的首選。
MRAM 採用硬盤驅動器中常見的精密磁性材料，其固有的快速存取性能和非易失性能夠確保軟件和數據在斷電情況下得以保留。得益於快速的存取性能和高度耐用性，MRAM 可能最終會替代 SRAM，成為 3 級高速緩衝存儲器。MRAM 可以集成到物聯網(IoT)芯片的後端互連層中，因此能夠實現更小的裸片尺寸和更低的成本。
應用材料公司的新型 Endura®Clover™MRAM PVD 平臺由 9 個特製的工藝反應腔組成，這些反應腔全部集成在高度真空的無塵環境下。這是業內首個用於大規模量產的 300 毫米 MRAM 系統，其中每個反應腔最多能夠沉積五種不同材料。MRAM 存儲器需要對至少 30 層的材料進行精確沉積，其中有些層的厚度比人類的髮絲還要薄 500,000 倍。即使僅有原子直徑幾分之一的工藝變化，也會極大地影響器件的性能和可靠性。Clover MRAM PVD 平臺引入了機載計量技術，能夠以亞埃級靈敏度對所產生的 MRAM 層的厚度進行測量與監控，從而確保實現原子級的均勻度並規避接觸外界環境的風險。
“作為一種速度極快、耐用性很高的非易失性存儲器，MRAM 有望取代嵌入式閃存和 3 級高速緩存 SRAM，成為物聯網(IoT)和人工智能應用的新寵。”Spin Memory 首席執行官 Tom Sparkman 表示，“應用材料公司推出的量產製造系統對行業的生態系統起到了巨大的推動作用，我們很高興能與應用材料公司合作打造 MRAM 解決方案並加速其工業應用。”
面向雲計算的 ReRAM 和 PCRAM
隨著當今的數據產生呈指數級增長，對於雲數據中心中連接服務器和存儲系統的數據路徑，其速度和功耗也需要實現跨數量級的改進。ReRAM（阻性 RAM）和 PCRAM（相變 RAM）是低功耗、高密度的高速非易失性存儲器，可作為“存儲級存儲器”來填補服務器 DRAM 和存儲器之間不斷擴大的性價比差距。
ReRAM 採用工作原理類似保險絲的新材料製成，能夠在數十億個存儲單元中選擇性地形成細絲來表示數據。與之不相同，PCRAM 採用的是 DVD 光盤中常見的相變材料，通過將材料狀態從非晶態更改為晶態對數據位進行編程。ReRAM 和 PCRAM 與 3D NAND 存儲器類似，同樣呈 3D 結構排列，存儲器製造商可以在更新換代過程中逐步增加層數，從而穩定地降低存儲成本。ReRAM 和 PCRAM 還有望實現和編輯多個電阻率中間形態，以便在每單個存儲器單元中存儲多位數據。
ReRAM 和 PCRAM 的成本可以明顯低於 DRAM，並能夠提供比 NAND 和硬盤驅動器更快的讀取性能。ReRAM 還是未來內存計算架構的首選產品，在這一架構中，計算元件將集成到存儲器陣列中，協助克服與 AI 計算相關的數據傳輸瓶頸。
應用材料公司專為 PCRAM 和 ReRAM 打造的 Endura®Impulse™PVD 平臺包含多達九個真空工藝反應腔，並集成了機載計量技術，能夠對這些新型存儲器中使用的多組分材料進行精確沉積和控制。
“能夠對 ReRAM 存儲器中使用的新材料進行非常均勻的沉積，是最大程度提升器件性能、可靠性和耐用性的關鍵所在。”Crossbar 公司首席執行官兼聯合創始人 George Minassian表示，“與存儲器和邏輯領域的客戶開展 ReRAM 技術合作時，我們會指定使用應用材料公司搭載機載計量技術的Endura Impulse PVD 平臺，因為這款平臺在上述重要指標上都實現了巨大突破。”