非易失性存储器的变革

未来展望

当我们把眼光投向非易失性存储器（NVM，Non Volatile Memory）的未来发展时，可以发现前面已经有三位接班人在等候着，其中包括大名鼎鼎的MRAM……

曝光率最高的新一代宠儿——MRAM

有关MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory，又称磁性内存）的介绍已经很多了，笔者在前几期也对其进行了冷静的分析，结果认为它近期最主要的替代对象就是闪存。

从原理上讲，MRAM的设计是非常诱人的，不过设计的难度也较大。它通过控制铁磁体中的电子旋转方向来达到改变读取电流大小的目的，从而使其具备二进制数据存储能力。理论上说，铁磁体是永久不会失效的，因此它的写入次数是无限的。不久前，IBM、英飞凌（Infineon）、摩托罗拉（MOTOROLA）、东芝（TOSHIBA）、日本电气（NEC）、索尼（SONY）等电子业界的领袖级厂商在MRAM方面的动作让世人的目前更多地集中在了MRAM身上。

不过，MRAM也并不是那么完美，从一开始高叫“全面替代DRAM”到现在比较务实的宣传的变化过程中，可以看到它也有自己的苦衷，事实上MRMA并不能代表NVM未来的全部。

闪存接班人——MRAM并不是唯一

也许开发MRAM的厂商很多，也许MRAM的前景真的很好，总之MRAM是未来NVM技术的一大热门。但不要忘了，未来的NVM并不止MRAM一个。

就目前来看，同样具备非易失性与高速寻址能力的内存（相对于Flash RAM），至少有三个，分别是MRAM；FeRAM（Ferroelectric RAM铁电内存）；OUM（Ovonics Unified Memory，奥弗辛斯基电效应统一存储器）。

目前，开发后两者的半导体大厂并不在少数，富士通（FUJITSU）、Hynix、英飞凌、东芝、松下（Matsushita）等都是开发FeRAM的主力厂商，而在OUM的开发者中，只要提一个名字就够了——Intel。因此，在未来内存技术的争夺战中，我们并不能只关注MRAM，它们各有优缺点。在很多领域，FeRAM与OUM将成为MRAM的有力竞争者。

FeRAM在结构上与DRAM很像，主要不同就在于使用铁电材料的电容器替代原有DRAM中的电容，从而具备非易失的能力，但在读取是仍需要电容放电，所以与DRAM一样是破坏性读取，这与其他NVM不同

    OUM使用类似于CD-RW光盘的相变原理来保存数据，只不过CD-RW上的相变用的是激光加热，改变的是光的反射强度，OUM中的相变材料则是通过施加电场来加热以发生相变，改变的是阻抗值，从而可实现二进制存储并且与CD-RW一样是可重写/非易失的

从存储原理上看，三家都可谓是别具匠心，而不同的设计原理也就决定了它们各自所擅长的领域。

未来“闪存”的较量——FeRAM走在前面

技术往往就是这样，还在实验室中可能就要与同在实验室里的对手暗中较劲了。虽然距它们大量上市的日期还早，但这种较量却早已开始了。不过要声明的是，在这三个候选人之中，FeRAM并不算是未来的产品，它的成品目前已经有不小的应用量，所以与MRAM、OUM相比它的成熟度是最高的。

在这三者中，由于在写入时需要改变磁场的缘故，MRAM存在着写入电流大的缺点（是读取电流的8倍），最近通过磁束集中设计（在写入电路上覆盖磁性材料以加强磁场能量）将写入电流强度降低了2/3，但仍是个问题。OUM也是如此，产生相变也需要较大的电流，FeRAM在这方面则表现最好，但也需要特殊的生产工艺，芯片面积同样较大，而且由于是破坏性读取，在综合性能上不如MRAM。OUM则由于使用现有的生产工艺，芯片面积最小，且容易混载封装，但速度比不上MRAM。

在可重写次数方面，MRAM在理论上是无限的，而FeRAM与OUM由于分别采用电容与相变材料保存数据，则都有重写次数的限制，目前的水平是10¹²次，这已经是相当了不起的成果了。

按照Intel早期的看法，最适合非接触型IC卡的存储器是FeRAM。对高性能存储器而言，当然首选速度最快的MRAM。而最适合作为便携终端存储器则是OUM。因为对于便携终端而言，在要求MRAM一样的高速度的同时，对低成本与小体积的要求也很严格。不过，在2003年7月采访英特尔负责NVM等技术开发的Stefan K. Lai时，却得到了对OUM不利的消息。OUM虽然存储单元很小，但外围电路却比NOR闪存更多，因此成本与芯片面积反而是OUM的一个头疼问题。当然，MRAM也在努力完善自己，减小写入电流与芯片面积则是它的首要目标。

就目前而言，在实际应用中走得最远的显然是FeRAM，作为全球最大的消费类电子产品厂商——日本松下公司就在今年发力，准备大力推广在系统LSI上混载FeRAM的技术，并将其定为核心级业务。其目标是“首先，将投产面向非接触型IC卡的微控制器，然后再逐步把用途扩大到面向各种数码家电的系统LSI领域。在不久的将来有可能在手机基带中混载LSI。”松下公司选择FeRAM的理由也很简单，按照松下电器产业半导体公司社长古池进的话说就是“与MRAM等其它存储器相比，由于FeRAM更容易实现深次微米设计，且与CMOS工艺之间的匹配性也更出色，因此决定将其用作核心技术。”从中我们可以看出FeRAM虽然在技术设计上相对于传统DRAM变动最小，但也因此而获得了业界的青睐，并在混载市场中如鱼得水。

松下将从2003年8月开始供应作为第一种量产产品的非接触型IC卡微控制器样品，采用0.18μm工艺，2003年12月开始量产供货。最初的量产规模为月产50万个。松下还计划2005年和2007年将分别使用0.13μm工艺和0.09μm工艺开始进行芯片量产。为了实现低于混载SRAM<SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: Verdana; mso-hansi-font-family: Verdan