當前計算架構的演變、制造工藝的進步已經很難推動芯片計算速度的發(fā)展，各種新型應用帶來的數據爆炸導致數據訪問性能和計算性能的失衡不斷增長，從而推動了許多新型隨機存取存儲器（RAM）技術的發(fā)展。比較典型的新型RAM技術包括磁阻RAM（MRAM）、電阻式RAM（ReRAM）和相變RAM（PCRAM）。這些新型器件一直受到行業(yè)的廣泛關注，但是直到最近，其商業(yè)實現還寥寥無幾。現在，得益于更先進的制造系統(tǒng)的不斷發(fā)展，這種雷聲大雨點小的局面馬上就要改變了。
在這些新型RAM技術中，MRAM對物聯網和邊緣計算設備特別有吸引力。因為，它能實現比目前這類硬件上的首選存儲類內存－NAND閃存－低得多的功耗，同時實現非易失性數據存儲。同時，MRAM本身訪問速度也相當快，這意味著您不僅可以用它取代這類硬件設備上的閃存，還可以替換掉大部分SRAM，從而進一步節(jié)約成本。
在MRAM這個賽道中，三星已于今年三月份發(fā)售了首款MRAM產品，臺積電的產品則正被Gyrfalcon技術公司用在其AI加速器中。還有Everspin，該家MRAM提供商的產品被IBM用作高容量（19TB）SSD的緩存。就在上周，Everspin宣布其MRAM產品得到了Sage微電子用于企業(yè)級SSD的閃存控制器的支持。
和MRAM的目標市場不同的是，ReRAM和PCRAM更有可能出現在數據中心服務器中，這兩種器件是存儲級內存的理想選擇。SCM提供了一種比NAND產品快得多并且比DARM更加便宜的中間存儲器層。英特爾的3D XPoint Optane Persistent Memory產品似乎使用某種相變技術，是PCRAM技術的早期應用實例。
應用材料公司金屬沉積產品副總裁凱文莫拉斯表示，這些新型存儲器的商業(yè)化正是由物聯網和邊緣計算設備以及互聯網用戶產生的大量數據推動的。這類數據不斷涌現，預計將從2018年的大約兩個zettabyte增加到2022年的10個zettabyte。從更一般的技術角度來說，這類數據需求在很大程度上是由人工智能和數據分析應用推動的。
在數據量飆升的同時，由于傳統(tǒng)CMOS技術的限制，處理器性能的增長曲線已經趨于平緩。在上個世紀80年代和90年代的鼎盛時期，Dennard縮放速度、摩爾定律的表現每年都會超過50％。但是，Dennard縮放定律已經壽終正寢，摩爾定律則步履蹣跚。現在，處理器性能的年度提升率僅為3．5％。
“由于摩爾定律的放緩，數據的增長速度遠遠超過了計算增長速度，”莫拉斯告訴記者。“因此，我們認為行業(yè)將會推出一整套新的硬件架構，以提高計算效率。而提高計算效率的關鍵則在于這些新型存儲器。”
作為全球最大的半導體設備制造商，應用材料公司是許多業(yè)界頂級代工廠的主要供應商，包括英特爾、臺積電、三星和格羅方德。此外，它還與IBM、SK海力士、Crossbar和Spin內存等公司在產品開發(fā)方面進行了合作。應用材料公司成立于1967年，在過去的半個世紀中一直推動并見證了摩爾定律的發(fā)展。
雖然在過去五十年中半導體制造材料相對而言比較穩(wěn)定，但是莫拉斯表示這種局面現在正在發(fā)生變化。以前，除了硅以外，只有很少種類的元素可以用于芯片制造，比如用作CMOS摻雜劑的硼。現在，鍺、硒、碲、氮和過渡金屬氧化物這些元素和化合物都進入了芯片制造領域，特別是在這些新型存儲器件中更是可以見到這些新材料的身影。“現在就像是狂野的西部時代，”莫拉斯說。“人們開始使用各種材料制造芯片。”
從根本上來說，這使得半導體技術的發(fā)展從主要面臨物理上的挑戰(zhàn)向面臨物理和材料上的雙重挑戰(zhàn)而變化。這無疑會使制造過程更加復雜，需要更為精確的控制材料沉積的方法。這些新型存儲器要用于廣泛的商業(yè)用途，制造過程必須足夠穩(wěn)健才能實現相應的精度和性能。
這正是應用材料公司的用武之地。最近，該公司宣布了一系列專為大批量生產MRAM、PCRAM和ReRAM而設計的新系統(tǒng)，目的是幫助使得基于這些新型技術的器件更加可靠和經濟高效。
應用材料公司的MRAM系統(tǒng)Endura Clover MRAM PVD是一種九室設備，可控制MRAM所需的30種不同材料層的沉積。根據莫拉斯的說法，這個系統(tǒng)可以在亞埃級的精度上實現沉積，從而使得內存的耐久性達到商業(yè)應用水平。莫拉斯表示，得益于其新系統(tǒng)更為精細的沉積技術，他們將MRAM的耐久性提高了100倍。應用材料公司把其Clover平臺出貨給了五家客戶，其中一個正式提供嵌入式MRAM產品的初創(chuàng)公司Spin Memory。
應用材料公司有另一個名為Endura Impulse PVD的新平臺，使用了類似的九腔設計來制造ReRAM和PCRAM晶圓，在這個系統(tǒng)中，使用了真空沉積方案保證各層的厚度和成分的均勻性。該平臺有8個早期的客戶，包括ReRAM制造商Crossbar。
最近在新型RAM技術領域的進展能否開啟新型RAM市場的騰飛還有待進一步觀察。當然，如果應用材料公司制造新RAM的系統(tǒng)取得了成功，也就理所當然地意味著市場上將出現更多使用了這些替代性的新型RAM器件的設備，同時也可能會出現一些新的存儲器供應商。當然，這并不是說DRAM、SRAM和NAND閃存會很快消失，這些更為成熟的技術還有很長的壽命周期。但是，就像曾經發(fā)生在處理器領域的事情那樣，在未來幾年內，我們將會看到更加多樣化的內存技術，來應對日益復雜和苛刻的應用環(huán)境。