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為跟上產業對於資料處理需求的大幅提升，記憶體晶片與儲存裝置廠商正致力跟進技術與解決方案，包括研發下一代記憶體技術等等。

近期已有3D NAND快閃記憶體面市，而磁電阻式記憶體(MRAM)、非揮發性可變電阻式記憶體(ReRAM)、奈米隨機存取記憶體(NRAM)等亦在研發中，可望打破既有記憶體儲存技術階層(hierarchy)。

據Semiconductor Engineering網站報導，傳統記憶體階層結構簡單而直接，靜態隨機存取記憶體(SRAM)整合於處理器內提升快取記憶體(Cache)，動態隨機存取記憶體(DRAM)用於主記憶體，而任何磁碟與基於NAND的固態硬碟(SSD)則用來儲存。

傳統記憶體階層往往面臨一個問題，那就是階層之間的落差(gap)。由於資料處理量不斷增加，解決方案也需不斷推陳出新，讓電腦得以在短時間內處理大量資料。

英特爾(Intel)非揮發性記憶體解決方案部門總經理Rob Crooke表示，依現有資料量而言，NAND技術為主的SSD已不夠使用。

英特爾與美光(Micron)推出下一代ReRAM技術3D XPoint，可望取代傳統NAND與DRAM。當今主流快閃記憶體與SSD技術以平面NAND (planar NAND)為主，但發展到10奈米節點已開始需要立體堆疊3D NAND，該技術在SSD市場尤其吃香。

3D NAND領導業者三星電子(Samsung Electronics)預計推出第三代支援多階儲存單元(Multi-level cell；MLC)48層256GB的3D NAND晶片。美光與英特爾，以及新帝(Sandisk)與東芝(Toshiba)、SK海力士(SK Hynix)，也預計在2015年稍晚開始進入3D NAND生產階段。

不過，3D NAND面臨的主要挑戰之一，在於將每層薄膜製作得一模一樣，而堆疊過程也相當複雜且不易。專家分析，3D NAND技術仍需要一段時間才能成為市場主流。

市調公司Objective Analysis指出，當廠商說2016年準備量產時，往往會延宕到2017年；而估計要等到2018年才能真正符合成本效益生產。Web-Feet Research則表示，3D NAND短期來看可望成最佳解決方案，但長期而言，3D NAND到128層恐怕遇到技術瓶頸，屆時得另謀他法。

此外，ReRAM多年來也被視為可望取代快閃記憶體等傳統技術，其最大優勢在於寫入時間比既有快閃記憶體更快、耐受度(endurance)更高。以交叉架構而言，3D XPoint無論在速度還是耐受度上都比NAND高上1,000倍，且比傳統記憶體密度高上10倍。

ReRAM可以分作三類：嵌入式、2D平面式、以及3D立體堆疊式，而3D式又分交叉點式(cross-point)和直立堆疊式(vertical)。

目前，Panasonic和Adesto針對嵌入式應用生產的ReRAM產品已出貨。不過專家分析，2D、3D式ReRAM終有一天會取代快閃記憶體，但這些記憶體的製備技術難度高，因此市場普及還要一段時間。

英特爾和美光已於近日宣布，3D XPoint等ReRAM技術即將上市，且比DRAM定價稍低，可望和3D NAND競爭企業用SSD應用市場。2016年，英特爾也會將3D XPoint裝置應用在企業用SSD以及伺服器用DDR4 DIMM。

然而，ReRAM還得面對3D NAND沒有的挑戰，例如昂貴的進階微影技術，也仍有材料複雜、漏電問題、寄生電容(Parasitic Capacitance)、線電阻(line resistance)等問題需要解決。

另外，MRAM能提供媲美SRAM的速度、具備非揮發性且耐受度高，未來的發展趨勢將是第二代MRAM技術「自旋傳輸記憶體」(Spin-torque transfer RAM；STT-RAM)。

MRAM雖被認為可取代DRAM和快閃記憶體，但是目前尚未達到此程度，不過已朝嵌入式應用市場鋪路。Everspin、美光、三星、SK海力士、東芝等廠商都正在開發STT-MRAM，不過目前為止，Everspin是唯一出貨MRAM的廠商。

整體而言，STT-MRAM也面臨成本與規模挑戰。舉例來說，Everspin目前在位於美國亞利桑納州的8吋晶圓廠生產180奈米與130奈米製程ST-MRAM，該公司於2014年宣布與GlobalFoundries合作，後者未來將利用12吋晶圓廠生產40奈米與28奈米製程ST-MRAM，而Everspin也可藉此研發更高密度、低成本的ST-MRAM技術，回應市場需求。

值得注意的是，許多新技術也會隨市場變化與科技演進而遭淘汰，如相變化記憶體(PCM)便是一例，鐵電隨機存取記憶體(FeRAM)嵌入式應用發展也處停滯狀態。目前來看，MRAM、NRAM、和ReRAM最有希望成為未來記憶體解決方案，但若無法降低成本符合市場需求，也可能遭市場淘汰。

DIGITIMES中文網 原文網址: 記憶體階層技術突破　可望取代DRAM、NAND、SRAM http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=1&cat=40&cat1=30&id=0000443938_X198HSZ74FRX24768RH08&ct=1&wpidx=10#ixzz3mjXgm3Ea