应用材料公司助力面向物联网和云计算的新型存储器实现量产

2019年7月9日，加利福尼亚州圣克拉拉-应用材料公司今日宣布推出可实现大规模量产的创新型解决方案，旨在加速面向物联网(IoT)和云计算的新型存储器的工业应用进程。

几十年前所研制出且已大规模量产的存储器技术，包括DRAM、SRAM和闪存等，现已广泛应用于各种数字设备和系统中。而以MRAM、ReRAM和PCRAM为代表的新型存储器虽然能够带来独特的优势，但由于这些存储器均采用新型材料，至今很难实现大规模量产。应用材料公司今日推出的全新制造系统能够以原子级的精度沉积新型材料，从而解决生产这些新型存储器的核心难题。这些系统是应用材料公司迄今为止开发的最先进的系统，能够助力这些前景广阔的新型存储器实现可靠的工业规模量产。

“我们今天推出的新型Endura®平台是公司有史以来最精密的芯片制造系统。”应用材料公司半导体产品事业部高级副总裁兼总经理Prabu Raja博士表示，“广泛的产品组合为我们带来得天独厚的优势，使我们能成功地将多种材料工程技术与机载计量技术相集成，打造出前所未有的新型薄膜和结构。这些集成化平台充分展示了新材料和3D架构能够发挥关键的作用，并以全新的方式帮助计算行业优化性能、提升功率并降低成本。”

“IBM多年以来一直引领着新型存储器的研发，我们可以看到，随着人工智能时代对芯片性能和效率的要求越来越高，行业对新型存储器技术的需求也在不断增加。”IBM研究院半导体、人工智能硬件与系统部副总裁Mukesh Khare表示，“新材料和设备在这一过程中能够发挥重要作用，使这些面向物联网(IoT)、云计算和人工智能产品的高性能、低功耗嵌入式存储器成功投入生产。应用材料公司的大规模量产解决方案有助于加快整个行业获得这些新型存储器。”

“提高数据中心的效率是云服务提供商和企业客户的当务之急。”SK海力士先进薄膜技术部负责人Sung Gon Jin表示，“除了在DRAM和NAND方面持续推动创新，SK海力士还率先开发了有助于提高性能和降低功耗的新一代存储器。我们十分重视与应用材料公司的合作，双方将专注于前景广阔的新型存储器，共同加速新材料和大规模量产技术的开发。”

“随着人工智能，机器学习和物联网的进步，使得计算负载变得日益数据密集且复杂，这需要更为创新的存储技术对其进行有效的处理。”西部数据(Western Digital)研究副总裁Richard New表示，“应用材料公司正在提供重要技术，助力加速业界获得MRAM、ReRAM和PCRAM这些前景广阔的新型存储器。”

面向物联网(IoT)的MRAM

计算机行业正在积极构建物联网(IoT)，将传感器、计算和通信技术整合到数百亿的设备中，以便监控设备环境、制定决策并向云数据中心发送关键信息。MRAM(磁性随机存取存储器)是存储物联网设备软件和AI算法的首选。

MRAM采用硬盘驱动器中常见的精密磁性材料，其固有的快速存取性能和非易失性能够确保软件和数据在断电情况下得以保留。得益于快速的存取性能和高度耐用性，MRAM可能最终会替代SRAM，成为3级高速缓冲存储器。MRAM可以集成到物联网(IoT)芯片的后端互连层中，因此能够实现更小的裸片尺寸和更低的成本。

应用材料公司的新型Endura® Clover™ MRAM PVD平台由9个特制的工艺反应腔组成，这些反应腔全部集成在高度真空的无尘环境下。这是业内首个用于大规模量产的300毫米MRAM系统，其中每个反应腔最多能够沉积五种不同材料。MRAM存储器需要对至少30层的材料进行精确沉积，其中有些层的厚度比人类的发丝还要薄500,000倍。即使仅有原子直径几分之一的工艺变化，也会极大地影响器件的性能和可靠性。Clover MRAM PVD平台引入了机载计量技术，能够以亚埃级灵敏度对所产生的MRAM层的厚度进行测量与监控，从而确保实现原子级的均匀度并规避接触外界环境的风险。

“作为一种速度极快、耐用性很高的非易失性存储器，MRAM有望取代嵌入式闪存和3级高速缓存SRAM，成为物联网(IoT)和人工智能应用的新宠。”Spin Memory 首席执行官Tom Sparkman表示，“应用材料公司推出的量产制造系统对行业的生态系统起到了巨大的推动作用，我们很高兴能与应用材料公司合作打造MRAM解决方案并加速其工业应用。”

面向云计算的ReRAM和PCRAM

随着当今的数据产生呈指数级增长，对于云数据中心中连接服务器和存储系统的数据路径，其速度和功耗也需要实现跨数量级的改进。ReRAM(阻性RAM)和PCRAM(相变RAM)是低功耗、高密度的高速非易失性存储器，可作为“存储级存储器”来填补服务器DRAM和存储器之间不断扩大的性价比差距。

ReRAM采用工作原理类似保险丝的新材料制成，能够在数十亿个存储单元中选择性地形成细丝来表示数据。与之不相同，PCRAM采用的是DVD光盘中常见的相变材料，通过将材料状态从非晶态更改为晶态对数据位进行编程。ReRAM和PCRAM与3D NAND存储器类似，同样呈3D结构排列，存储器制造商可以在更新换代过程中逐步增加层数，从而稳定地降低存储成本。ReRAM和PCRAM还有望实现和编辑多个电阻率中间形态，以便在每单个存储器单元中存储多位数据。

ReRAM和PCRAM的成本可以明显低于DRAM，并能够提供比NAND和硬盘驱动器更快的读取性能。ReRAM还是未来内存计算架构的首选产品，在这一架构中，计算元件将集成到存储器阵列中，协助克服与AI计算相关的数据传输瓶颈。

应用材料公司专为PCRAM和ReRAM打造的Endura® Impulse™ PVD平台包含多达九个真空工艺反应腔，并集成了机载计量技术，能够对这些新型存储器中使用的多组分材料进行精确沉积和控制。

“能够对ReRAM存储器中使用的新材料进行非常均匀的沉积，是最大程度提升器件性能、可靠性和耐用性的关键所在。”Crossbar公司首席执行官兼联合创始人George Minassian表示，“与存储器和逻辑领域的客户开展ReRAM技术合作时，我们会指定使用应用材料公司搭载机载计量技术的Endura Impulse PVD平台，因为这款平台在上述重要指标上都实现了巨大突破。”