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Varios tipos de la memoria de la siguiente generación ramping para arriba después de años de R&D, pero todavía hay más nuevas memorias en la tubería de la investigación.

Hoy, varias memorias de la siguiente generación, tales como MRAM, la memoria del fase-cambio (PCM) y ReRAM, están enviando a un grado o a otro. Algunas de las nuevas memorias siguientes son extensiones de estas tecnologías. Otros se basan en totalmente nuevas tecnologías o implicar cambios arquitectónicos, tales como cercanos o en-memoria que computan, que traen las tareas de proceso cerca o el interior de la memoria. Empujar ningunos de ellos del R&D implica el superar de varios obstáculos técnicos y del negocio, y es inverosímil que todos tendrán éxito. Pero algunos son especialmente prometedores y potencialmente apuntados para substituir COPITA, el NAND y SRAM de hoy.

Entre nueva memoria siguiente los tipos son:

FeFET o FeRAM: Una memoria ferroeléctrica de la siguiente generación.

Nanotube RAM: En el R&D por años, el nanotube RAM se apunta para desplazar COPITA. Otros están desarrollando nanotubes del carbono y memorias de la siguiente generación en el mismo dispositivo.

memoria del Fase-cambio: Después de enviar los primeros dispositivos del PCM, Intel está alistando una nueva versión. Otros pueden incorporar el mercado del PCM.

ReRAM: Las versiones futuras se colocan para los apps del AI.

Esfuerzo de torsión espín-órbita MRAM (SOT-MRAM): Una siguiente generación MRAM apuntada para substituir SRAM.

Hay esfuerzos adicionales que empujan hacia adentro la dirección vertical. Por ejemplo, algunos están desarrollando 3D SRAM, que apila SRAM en lógica como reemplazo potencial para SRAM planar.

Mientras que algunos nuevos tipos de la memoria finalmente están enviando, el jurado sigue siendo hacia fuera qué viene después. “Estamos comenzando a ver este emerger o las memorias siguiente-GEN finalmente que ganan más tracción, pero todavía están en las etapas tempranas del desarrollo,” dijo a Alex Yoon, director técnico mayor en Lam Research. El “BORRACHÍN y FeRAM están prometiendo. Sin embargo, si es necesario o no será determinado más por la economía.”

Las memorias actuales y futuras siguiente-GEN hacen frente a otros desafíos. “Hay una explosión de los nuevos tipos de la memoria con los nuevos materiales, conceptos del almacenamiento, y tecnología de materiales,” dijo a Scott Hoover, consultor principal de la producción en KLA. “Esto presenta desafíos significativos en las áreas para el material y la caracterización estructural. Es muy posible que la cadencia del adelanto de tecnología y de la comprensión fundamental será bloqueada por nuestra capacidad de caracterizar, de medir, de controlar y de mejorar los materiales y las estructuras únicos.”

Todos dichos, las memorias actuales y futuras siguiente-GEN pueden encontrar un lugar, pero no dominarán el paisaje. No se espera que la “memoria emergente impida perceptiblemente en el NAND existente o los mercados de la COPITA durante los 5-10 años próximos como productos independientes,” Hoover dijo.

Reemplazo de SRAM

Los sistemas de hoy integran los procesadores, gráficos, así como memoria y almacenamiento, designados a menudo la jerarquía de la memoria/del almacenamiento. En la primera grada de la jerarquía de hoy, SRAM se integra en el procesador para el acceso a datos rápido. La COPITA, la grada siguiente, es separada y utilizada para de memoria principal. Los accionamientos de disco y las unidades de almacenamiento de estado sólido NAND-basadas (SSDs) se utilizan para el almacenamiento.

Higo 1: Memorias emergentes para los datos y la fuente penetrantes del cálculo: Materiales aplicados

La COPITA y el NAND están luchando para continuar con el ancho de banda y/o los requisitos de alimentación en sistemas. La COPITA es barata, pero consume poder. La COPITA es también volátil, significado que pierde datos cuando el poder se apaga en sistemas. El NAND, mientras tanto, es barato y no-volátil-conserva datos cuando se cierra el sistema. Pero los accionamientos del NAND y de disco son lentos.

Tan por años, la industria ha estado buscando para una “memoria universal” que tiene las mismas cualidades que COPITA y flash y podría substituirlos. Los competidores son MRAM, PCM y ReRAM. Las nuevas memorias hacen algunas demandas intrépidas. Por ejemplo, STT-MRAM ofrece la velocidad de SRAM y la falta de volatilidad del flash con resistencia ilimitada. Comparado al NAND, ReRAM es más rápido y pedazo-alterable. Y así sucesivamente.

Hoy, aunque, la industria todavía está buscando una memoria universal. “Para los desarrolladores de la tecnología, nos hemos estado imaginando que un día, algún tipo de memoria universal o la memoria del asesino podrá substituir SRAM, COPITA y flash al mismo tiempo,” dijimos a David Hideo Uriu, director de marketing de producto en UMC. Las “memorias de la siguiente generación todavía no pueden substituir memorias tradicionales unas de los, sino que pueden combinar las fuerzas tradicionales de memorias para satisfacer la demanda para los mercados muy especializado.”

Por algún tiempo, MRAM, el PCM y ReRAM han estado enviando, sobre todo para los mercados muy especializado. Tan la COPITA, el NAND y SRAM siguen siendo las memorias de la corriente principal.

Pero en el R&D, la industria está trabajando en varias nuevas tecnologías, incluyendo un reemplazo potencial de SRAM. Generalmente, los procesadores integran una CPU, SRAM y una variedad de otras funciones. SRAM almacena las instrucciones que son necesitadas rápidamente por el procesador. Esto se llama llano 1 memoria ocult0. En funcionamiento, el procesador pedirá las instrucciones del escondrijo del L1, pero la CPU las faltará a veces. Los procesadores también integran tan el segundo y el memoria ocult0 del tercer nivel, llamados Level 2 y el escondrijo 3.

el escondrijo SRAM-basado del L1 es rápido. Los estados latentes son menos que un nanosegundo. Pero SRAM también ocupa demasiado espacio en el microprocesador. “SRAM está haciendo frente a desafíos en términos de tamaño de célula. Pues usted escala y va a 7nm, los tamaños de célula son 500F2,” dijo a Mahendra Pakala, director de gerente del grupo de la memoria en los materiales aplicados.

Por años, la industria ha estado mirando para substituir SRAM. Ha habido varios competidores posibles a lo largo de los años. Uno de ésos incluye el esfuerzo de torsión MRAM (STT-MRAM) de la vuelta-transferencia. STT-MRAM ofrece la velocidad de SRAM y la falta de volatilidad del flash con resistencia ilimitada.

STT-MRAM es una arquitectura del uno-transistor con una célula de memoria magnética del empalme del túnel (MTJ). Utiliza el magnetismo de la vuelta del electrón para proporcionar propiedades permanentes en microprocesadores. Escriba y lea las funciones comparten la misma trayectoria paralela en la célula de MTJ.

Everspin está enviando ya los dispositivos de SST-MRAM para SSDs. Además, varios fabricantes de chips se están centrando en STT-MRAM integrado, que está partido en el reemplazo y el escondrijo de destello integrados dos mercados-uno.

Para esto, STT-MRAM está adaptando para arriba para substituir integrado NI de destello en microprocesadores. Además, STT-MRAM se apunta para desplazar SRAM, por lo menos para el escondrijo L3. “STT-MRAM se está desarrollando para integrar más denso en SoCs, en donde su tamaño de célula más pequeño, baja requisitos de alimentación espera, y la falta de volatilidad ofrece un asunto del valor que obliga contra el mucho más grande y SRAM volátil usado como escondrijo a bordo común de la memoria y del pasado-nivel,” dijo a Javier Banos, director de marketing para la deposición avanzada y grabado de pistas en Veeco.

Pero STT-MRAM no es bastante rápido substituir SRAM para el L1 y/o el escondrijo L2. Hay algunos problemas de confiabilidad también. “Creemos para STT-MRAM, los tiempos de acceso saturarán alrededor de 5ns a 10ns,” Pakala Applied's dijo. “Cuando usted va L1 y el escondrijo L2, creemos que usted necesita ir a SOT-MRAM.”

Todavía en el R&D, SOT-MRAM se asemeja a STT-MRAM. La diferencia es que SOT-MRAM integra una capa del BORRACHÍN bajo dispositivo. Induce cambiar de la capa inyectando un en-avión actual en una capa adyacente del BORRACHÍN, según Imec.

“Cuando usted cambia STT-MRAM, usted necesita empujar actual con el MTJ,” dijo a Arnaud Furnemont, director de la memoria en Imec. “En SOT-MRAM usted tiene dos trayectorias, uno para escribe y uno para la lectura. La lectura es como el STT. Usted leyó con el MTJ. Escriba no está con el MTJ. Esto es una ventaja grande porque después usted puede completar un ciclo el dispositivo y optimizarlo para tener tiempos de una vida más larga. La segunda ventaja grande es la velocidad.”

Hoy, el problema más grande con SOT-MRAM es que cambia solamente el cerca de 50% del tiempo, que es porqué todavía está en el R&D. “comparado a SRAM, SOT-MRAM puede tener ventajas potenciales tales como más de alta densidad y consumo de una energía más baja debido a su falta de volatilidad,” Uriu de UMC dijo. “SOT-MRAM necesita ser ejecutado en usos rentables con los clientes que quieren.”

Para abordar el problema, Imec ha desarrollado una “transferencia campo-libre” SOT-MRAM. Imec integra un ferromagnet en el hardmask, que forma la pista del BORRACHÍN. Esto permite la transferencia rápida en la energía baja.

SOT-MRAM no está listo todavía. De hecho, tardará dos o más años antes de que la industria determine si es viable.

Mientras tanto, en el R&D, el trabajo está en curso en otros reemplazos potenciales de SRAM, a saber 3D SRAM. En 3D SRAM, los dados de SRAM se apilan en el procesador y están conectados usando los vias del por-silicio (TSVs).

3D SRAM acorta la distancia de la interconexión entre el procesador y SRAM. El tiempo dirá si 3D SRAM es un acercamiento viable.

Competidores de la COPITA

Como SRAM, la industria por años ha estado intentando substituir COPITA. En arquitecturas de hoy del cálculo, movimientos de los datos entre un procesador y COPITA. Pero este intercambio causa a veces estado latente y el consumo de energía creciente, que a veces se llama la pared de la memoria.

La COPITA ha caído detrás en requisitos del ancho de banda. El más, escalamiento de la COPITA se está reduciendo en el nodo de hoy 1xnm.

“Nuestros usos requieren mucha memoria. Este problema ha llegado a ser peor con usos de aprendizaje de máquina. Requieren mucha memoria,” dijo a Subhasish Mitra, profesor de la ingeniería eléctrica y de informática en Stanford University. “Si usted podría poner toda la memoria en un microprocesador, la vida sería grande. Usted no tendría que salir microprocesador a la COPITA y pasar mucha energía y hora que intentan a la memoria de acceso. Tenemos que hacer tan algo sobre él.”

Hay varias opciones aquí-que se pegan con COPITA, substituyendo COPITA, apilando COPITA en los altos módulos de la memoria del ancho de banda, o moviéndose a una nueva arquitectura.

Las buenas noticias son que la COPITA todavía no se está colocando, y la industria está emigrando de estándar de interfaz de hoy DDR4 a la tecnología de la siguiente generación DDR5. Por ejemplo, Samsung introdujo recientemente un dispositivo móvil de la COPITA de 12Gb LPDDR5. A una velocidad de datos de 5,500Mb/s, el dispositivo es 1,3 veces más rápidamente que los microprocesadores LPDDR4.

Pronto, aunque, los OEM tendrán otras opciones de la memoria además de las copitas DDR5. Un grupo de trabajo dentro de JEDEC (JC-42.4) está desarrollando nueva espec. de DDR5 NVRAM que permita eventual a OEM caer los diversos nuevos dispositivos de memoria en un zócalo DDR5 sin la modificación. “La especificación de NVRAM abarca memoria del nanotube del carbono, memoria del fase-cambio, RAM resistente y RAM teóricamente magnético,” dijo a Bill Gervasi, arquitecto principal de los sistemas en Nantero. “Estamos unificando todas las arquitecturas.”

Esta espec. podía hacerlo más fácil utilizar una nueva memoria mecanografía adentro sistemas. Es también una manera substituir COPITA.

No obstante, es difícil substituir COPITA y el NAND. Son baratos, probado, y pueden manejar la mayoría de las tareas. Además, ambos tienen mapas itinerarios para las mejoras del futuro. El “NAND tiene 5 años más y 3 generaciones más a ir. La COPITA escalará lentamente por los 5 años próximos,” dijo a Mark Webb, director en las empresas de MKW que consultaba. “Tenemos nuevas memorias sólidas que sean realmente disponibles y envío. Éstos crecerán y aumentarán, no substituirán, COPITA y NAND.”

Un nuevo tipo de la memoria está ganando el vapor, a saber 3D XPoint. Introducido por Intel en 2015, 3D XPoint se basa en una tecnología llamada PCM. Utilizado en SSDs y DIMMs, información de las tiendas del PCM en las fases amorfas y cristalinas.

Pero Intel era atrasado con la tecnología. Intel está enviando SSDs con 3D XPoint. “Junté un pronóstico basado en 2015 en una suposición que Intel iba a enviar el DIMMs en 2017. Terminaron para arriba no hacer eso hasta el 2019,” dijo a Jim Handy, analista en el análisis objetivo.

No obstante, construido alrededor de una arquitectura apilada de la dos-capa, el dispositivo del 3D XPoint de Intel viene en densidades de 128 gigabites usando las geometrías 20nm. “Es una gran memoria persistente, pero no está substituyendo el NAND o COPITA,” Webb de MKW dijo.

Ahora, Intel y el micrón están desarrollando la versión siguiente del PCM, que aparecerá en 2020. La siguiente generación 3D XPoint se espera probablemente a basado en la tecnología de proceso 20nm, pero puede tener cuatro pilas, según Webb. “Esperaríamos que fuera dos veces la densidad. Hoy, es 128Gbit. Estamos contando con 256Gbit para la siguiente generación,” él dijo.

Hay otros escenarios. En el futuro, los análisis objetivos prácticos consideran 3D XPoint el permanecer como dispositivo de la dos-capa, pero el moverse a los tamaños de característica 15nm. El tiempo dirá.

Mientras que el PCM ramping para arriba, otras tecnologías tales como FETs ferroeléctricos (FeFETs) todavía están en el R&D. “en células de memoria de FeFET, un aislador ferroeléctrico se insertan en la pila de la puerta de un dispositivo estándar del MOSFET,” explicaron a Stefan Müller, ejecutivo de la memoria ferroeléctrica (FMC).

“Comparado al hoy funcionando dieléctrico estándar HfO2, HfO2 ferroeléctrico muestra un momento de dipolo permanente, que cambia el voltaje del umbral del transistor de una manera permanente,” Müller dijo. “Por la opción apropiada leídos de voltajes, un de gran intensidad o un de poca intensidad atraviesa el transistor.”

FMC y otros desarrollando están integrando y los dispositivos independientes de FeFET. Un FeFET integrado sería integrado en un regulador. Un dispositivo independiente puede convertirse en un nuevo tipo de la memoria o un reemplazo de la COPITA. “FeRAM es la buena alternativa, que utiliza lejos menos energía que COPITA. Pero la resistencia necesita ser mejorada,” Yoon de Lam's dijo.

Es confuso qué irá la dirección FeFETs, pero hay algunos desafíos aquí. Las “células de memoria basadas en HfO2 ferroeléctrico pueden mostrar la retención más allá de 250°C, ciclos de ciclo de los datos de la resistencia >1010, escriben/velocidad leída en el régimen 10ns, consumo de energía de FJ, y capacidad de conversión a escala más allá de los nodos de la tecnología del finFET,” Müller de FMC dijo. “El desafío es actualmente combinar estas métricas en un dispositivo de memoria, y paralelamente en órdenes de millones de células de memoria, y cada uno de estas células de memoria tiene que realizar más o menos idénticamente.”

Mientras tanto, por años, Nantero ha estado desarrollando los espolones del nanotube del carbono para los apps integrado y del Copita-reemplazo. Los nanotubes del carbono son las estructuras cilíndricas, que son fuertes y conductoras. Todavía en el R&D, NRAMs de Nantero es más rápido que COPITA y permanente como flash. Pero se está esperando que esto tomando más de largo que comercialice.

Se espera que Fujitsu, el primer cliente para NRAMs, muestree partes en 2019 con la producción slated para 2020.

Los nanotubes del carbono se están moviendo en otras direcciones. En 2017, DARPA puso en marcha varios programas, incluyendo 3DSoC. El MIT, Stanford y SkyWater son socios en el programa 3DSoC, que apunta desarrollar los dispositivos monolíticos 3D que apilan ReRAM encima de lógica del nanotube del carbono. ReRAM se basa en la conmutación electrónica de un elemento del resistor.

Todavía en el R&D, la tecnología no es un reemplazo de la COPITA. En lugar, baja bajo supuesta categoría de la cálculo-en-memoria. La meta es traer las funciones de la memoria y de lógica más cercano a para aliviar el embotellamiento de la memoria en sistemas.

“Usted tiene que pensar en ir a la tercera dimensión,” Mitra de Stanford dijo. “De otra manera, cómo es usted que va a poner todo en un microprocesador?”

Actualmente, el dispositivo 3DSoC es una estructura de la dos-capa 3D, que coloca ReRAM en lógica del nanotube del carbono. Un dispositivo de la cuatro-capa es debido a finales de año. La meta es sacar a colación la producción y proporcionar la oblea del multi-proyecto corre en 2021.

Recientemente, el grupo ha transferido la tecnología a SkyWater. Los planes del vendedor de la fundición para hacer los dispositivos usando un proceso 90nm en las obleas de 200m m. “La arquitectura 3DSoC incluye gradas de transistores nanotube-basados carbono. Se hacen en n y los tipos de p para hacer una tecnología del transistor del Cmos,” dijo a Brad Ferguson, CTO de SkyWater. “Que se puede combinar con otras gradas de la memoria de ReRAM, que incluirían un transistor CNT-basado del acceso.”

En el fabuloso, los nanotubes del carbono se forman usando un proceso de la deposición. El desafío es que los nanotubes son variaciones y desalineamientos propensos durante el proceso.

“Los desafíos dominantes que vemos y tenemos trayectorias a superar incluyen tres cosas primarias. El primer es pureza de los nanotubes del carbono. Hay mucha variabilidad en nanotubes del carbono en el material de origen. La parte del programa está mejorando la pureza del material de origen tal eso que conseguimos nanotubes semiconductores de un sólo recinto del carbono con pureza elevada,” Ferguson dijo. “Los segundos y terceros desafíos se relacionan con la integración como transistor. Ésa es variabilidad y estabilidad del funcionamiento del transistor.”

La tecnología es intrigante-si trabaja. “El hecho es que podemos escalar esta tecnología abajo después de demostrar esto en 90nm. Eso se combina con la meta indicada de este programa, que es superar la tecnología planar 7nm. Esto significa si el programa es acertado, él podría reajustar el escalamiento del nodo en una diversa curva en términos de complejidad, funcionamiento y coste, ‘’ él añadió.

Memoria del AI

En los trabajos por años, ReRAM una vez fue considerado como un reemplazo del NAND. Pero el NAND ha escalado pensó más lejano que previamente, haciendo muchos colocar ReRAM de nuevo.

Hoy, algunos están trabajando en ReRAM integrado. Otros están desarrollando ReRAM independiente para los usos lugar-orientados. Más a largo plazo, ReRAM está ampliando sus horizontes. Ha apuntado para los apps del AI, un reemplazo de la COPITA, o ambos.

Una compañía de ReRAM, barra transversal, está desarrollando un dispositivo independiente que podría potencialmente desplazar COPITA. Esto implica a barra-como arquitectura con ReRAM y lógica.

“Después de hablar con los clientes, especialmente en centros de datos, el punto más grande del dolor es COPITA. No es NAND. Es COPITA debido al consumo de energía y coste,” dijo a Sylvain Dubois, vicepresidente del márketing y del desarrollo de negocios estratégicos en la barra transversal. “Para las aplicaciones independientes de alta densidad, estamos apuntando el reemplazo de la COPITA en los centros de datos para los usos lectura-intensivos. En 8X la densidad de la COPITA y sobre 3X a la reducción de costes 5X, éste proporciona la gran reducción de TCO, junto con ahorros de la energía masivos en centros de datos del hyperscale.”

La tecnología de ReRAM de la barra transversal también se apunta para el aprendizaje de máquina. El aprendizaje de máquina implica una red neuronal. En redes neuronales, un sistema cruje datos e identifica modelos. Hace juego ciertos modelos y aprende cuáles de esas cualidades son importantes.

ReRAM se apunta para los apps aún más avanzados. “Hay grandes oportunidades de utilizar ReRAM en maneras nuevas tales como computación análoga y computación neuromorphic, pero éste es más en la fase de investigación,” Dubois dijo.

Neuromorphic que computa también utiliza una red neuronal. Para esto, avanzó ReRAM está intentando replicar el cerebro en silicio. La meta es imitar la manera que la información se está moviendo en el dispositivo usando pulsos exacto-sincronizados, y hay mucha investigación en curso en esta área, particularmente sobre el frente de los materiales.

“La pregunta grande es qué necesita ser hecha para permitirlo realmente,” dijo a Srikanth Kommu, director ejecutivo del negocio del semiconductor en el cervecero Science. “Hay mucha investigación alrededor si los materiales pueden diferenciar en esta área. Ahora, no estamos seguros.”

Hay dos aspectos a los materiales. Uno implica velocidad y durabilidad. El segundo implica manufacturability y el defectivity, que afectan a la producción y en última instancia al coste. “Mucho esto se basa en tolerancias y defectivity,” dijo a Kommu. “Si el defectivity es 100, usted necesita la mejora del 70% cada dos años.”

El interés en arquitecturas neuromorphic está creciendo con la adopción y la extensión de AI/ML por razones del poder y de funcionamiento. El inicio Weebit de Leti y de ReRAM nano demostró recientemente una forma de neuromorphic computar-ellos realizó tareas del reconocimiento de objeto en sistemas.

La versión parcial de programa utilizó la tecnología de ReRAM de Weebit, funcionando con tareas de la inferencia utiliza clavar algoritmos de la red neuronal. La “inteligencia artificial se está ampliando rápidamente. Estamos viendo los usos en el reconocimiento de cara, vehículos autónomos, y uso en pronóstico médico, apenas nombrar algunos ámbitos,” dijo a Coby Hanoch, ejecutivo de Weebit.

Conclusión

STT-MRAM también se ha propuesto como reemplazo de la COPITA. Pero el STT-MRAM o las otras nuevas memorias no desplazará COPITA o el NAND.

No obstante, la corriente y las futuras generaciones de memorias valen el mirar. Hasta la fecha, no han interrumpido el paisaje. Pero están haciendo una abolladura contra los titulares en el mercado siempre cambiante de la memoria. “Somos en un lugar con tecnologías de memoria emergentes en donde la carrera todavía no se gana,” el dicho práctico de los análisis objetivos. (El artículo es de Internet).