納米碳管(Carbon Nanotube;CNT)是一種獨特的材料,直徑只有人類頭髮的5萬分之1,但硬度是鋼鐵的50倍、密度則為鋁的一半,具有極佳的導熱和導電性。專門研發以納米碳管製成的存儲器的美國新創業者Nantero已和富士通(Fujitsu)達成合作協議,富士通旗下的2家半導體公司將授權Nantero納米隨機存取存儲器(NRAM)相關技術,計劃在2018年推出讀寫速度媲美DRAM的非揮發性存儲器芯片。
 
據The Register網站報導,NRAM結合了DRAM的讀寫速度與NAND快閃存儲器的非揮發性等雙重優點,其耐用性與製程微縮前景都優於NAND,富士通預計在2016年推出以55納米製程生產、儲存容量為256GB的芯片。
 
NRAM的製程並不復雜,而且只需要1層光罩,薄膜中的碳納米管可以互相交叉、接觸和分離,並透過矽基板沉積達到0與1的變化。Nantero表示,NRAM芯片可以是多層立體,每個儲存單元(cell)可存放1或2位元,待機模式的功耗基本上為0。
 
NRAM的存儲器儲存單元可以是2種或2種以上的電阻狀態,端視碳納米管材料的電阻狀態而定。如果將所有的碳納米管從接觸切換至分離狀態(反之亦然),就會像SLC一樣,1個單元只存放1位元的數據,如果子集為碳納米管的一半,就可達到2位元單元和4個電阻狀態。
 
這項技術已經過耐久性測試與1,000億次讀寫循環驗證,可靠性方面,在攝氏85度的環境下數據可保存1,000年,如果是300度的環境則可保存10年以上。Nantero創辦人兼執行長Greg Schmergel表示,NRAM的延遲小於50奈秒,且數據在寫入時碳納米管只需移動幾個埃的距離,因此功耗非常低。
 
將與Natero共同開發NRAM芯片的富士通半導體(Fujitsu Semiconductor)表示,該公司自1990年代後期便致力開發鐵電隨機存取存儲器(FRAM),是全球少數幾家擁有FRAM積體設計和生產能力的公司,富士通會將此方面的經驗和技術應用於NRAM芯片的開發與生產。
 
新一代存儲器儲存市場目前百花齊放,除了3D NAND,英特爾(Intel)和美光(Micron)的XPoint存儲器、東芝(Toshiba)以及收購新帝(SanDisk)的威騰(Western Digital;WD)的電阻式存儲器( ReRAM)技術也都受到關注。一般認為,XPoint在填補DRAM與NAND價格和性能差距方面具有領先地位。
 
NRAM的速度和密度優於XPoint,英特爾Optane DIMM存儲器模組的延遲約為7,000~10,000奈秒,比NRAM的50奈秒高出140~200倍。
 
儘管NRAM的製程和復雜性都比XPoint簡單,但芯片價格主要取決於芯片的產量和需求,估計初期NRAM的需求不高,因此成本將會比較高。目前看來,首批採用NRAM的產品最快大概要等到2019年才會出現。
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