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新型存储器MRAM(二):产业洞察

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发表时间:2019-01-31 21:22
MRAM产业公司


当前,国际上有超过20家美、日、韩等国家和地区的公司致力于研发MRAM产品(表2),起到推动作用的公司有以IBM、Eversipin和以Samsung为代表的半导体公司。


表2:MRAM产业主要公司


其中,IBM是MRAM的先驱和主要推动者。早在20年前,IBM的实验室就率先开展MRAM的研发工作,并在第一代astroid-MRAM和第二代STT-MRAM的研发中取得了多项突破,为MRAM的发展做出了巨大的贡献;


Everspin是目前市场上唯一一家能够大批量提供商用MRAM产品的上市公司,其继承并发展了Freescale的MRAM技术。Everspin能够提供的MRAM芯片容量从128Kb到256Mb,这些存储芯片主要的应用领域集中在工业、航空航天、车用、能源与物联网等。


近年来,Samsung、GlobalFoundries、TSMC等半导体制造大厂也在加速布局STT-MRAM。它们的目标是在近期内开发出嵌入式MRAM(eMRAM)产品,不同是Samsung和GlobalFoundries的晶体管制备倾向于采用FD-SOI工艺,而TSMC则采用FinFET工艺。


随着MRAM制造技术不断趋于成熟以及市场需求的不断扩大,越来越多的公司进军MRAM领域,这将加速MRAM的产业化进程。


国内的MRAM产业仍处于起步阶段,整体实力薄弱,对全球MRAM的产业发展的贡献较少。


在器件制备方面,除了2016年兆易创新斥资500万美元入股Everspin这一战略投资以外,仅有零散的几家初创公司(上海磁宇、浙江海康驰拓等)以及高校和科研院所(南京大学、北京航空航天大学、华中科技大学、中科学物理所等)开展MRAM的研发工作;


在制造设备研发方面,江苏鲁汶仪器研发出8英寸MRAM刻蚀设备,支持28nm工艺节点,能够满足大学、研究所等小线的生产。


总体上,近20年来,在产业公司及科研机构的推动下,MRAM的发展主要经历了astroid-MRAM、toggle-MRAM以及STT-MRM等3个阶段(图11)。受限于磁性隧道结架构缺陷和制造能力,2010年以前的MRAM的存储容量较小(<64Mb


图11MRAM的发展现状(以当年最大存储容量计)


2010年以后,STT-MRAM的设计和制造技术不断趋于成熟,促进了MRAM的存储容量不断提升。STT-MRAM已经成为MRAM的主流技术路线。目前基于垂直磁各向异性的磁隧道结的STT-MRAM的存储容量已经突破了1Gb,有望在今后几年实现更大规模的量产和更加广泛的应用。

应用场景和市场趋势


MRAM凭借具有数据非易失性、无限次擦写、长寿命、低功耗、对软错误免疫等优点,更兼具SRAM的高速读写能力和DRAM的高集成度特点,成为缓存系统的最佳候选者之一。下面以Everspin的产品为例,介绍MRAM的主要应用场景。


Everspin是目前唯一一家MRAM芯片供应商,其MRAM产品已经渗透到包括计算机内存、航空航天、工业自动化、汽车电子、医疗等多个领域(图12):


图12MRAM的应用场景


1)在计算机内存领域,高密度的MRAM可部分替代磁硬盘。2013年Buffalo Memory公司宣布在固态硬盘SSD中采用STT-MRAM替代传统DRAM作为高速缓存。另外,2018年,IBM将 256Mb STT-MRAM芯片引入最新一代企业级SSD中;


2)在航空航天领域,MRAM可在飞机控制系统的信息存储和处理中发挥作用。2009年,法国空客公司决定在A350 XWB飞机的飞行控制计算机中采用MRAM替代原来的SRAM和FLASH。同年,日本发射的由AAC Microtec公司设计的地球观测卫星SpriteSat将其磁强计子系统中的存储器用MRAM代替原来的SRAM和FLASH;


3)MRAM可用于工业自动化的程序控制中。2008年西门子工业自动化事业部采用4Mb MRAM用于工业控制的人机交互界面;


4)MRAM在高温下可靠性良好,满足汽车电子对内存产品的要求。2009年,宝马公司在摩托车发动机控制模块采用MRAM以保证数据在断电情况下不丢失;


5)MRAM亦可以用在高可靠性医疗设备中。2018年,日企株式会社在其血液透析设备中使用4Mb和16Mb MRAM产品以记录机器性能参数和患者提升数据。


当下MRAM正处于快速发展阶段,更多的技术突破比如新颖的外围电路设计,多级、多核以及3D STT-MRAM存储阵列的架构、更先进的工艺制程等将使得STT-MRAM的存储密度及能量节省上将具有更大的优势,MRAM将应用在更多的场景中,其市场份额也将不断增加。


据预测,MRAM市场将会从2017年的3600万美元增长到2028年的33亿美元(图13)。


图13MRAM市场趋势


不过,尽管以MRAM为代表的新型存储器市场会快速增长,但它们仅能部分取代SRAM及DRAM产品。未来DRAM和SRAM市占率将有所下降,但仍会是存储器的主流。


来源:SIMIT战略研究室


转自:全球半导体观察

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