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连线创始人| 昕原半导体张翔:业界首款28nm制程ReRAM芯片流片成功
科创板日报记者 吴凡
2021-04-09 星期五
原创
第4代存储器已经经过10年的发展,张翔认为,未来5年将会进入爆发期,存储器的市场格局将发生改变。
半导体芯片
常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。现今,大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
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编者按:他们创办的公司或已是独角兽,或刚启动种子轮,或已家喻户晓,或长期身居幕后,或正起于微末,但他们都是中国新经济的微观脉搏,是这轮产业和技术升级的微观主导者和实践者,不同行业成千成万的他们的身影汇聚,投射变革的洪流。

《科创板日报》“连线创始人/CEO”栏目,主要关注创新创业型企业,以企业创始人/CEO的访谈为一手信源,让成长中的创业公司走入公众和市场视野,并发掘最新技术和产业趋势。

《科创板日报》 (上海,记者 吴凡),从1920年末IBM发明出一种 “高密度存储设备”的80列打孔卡,到1980年闪存存储器的问世,短短60年的时间,存储器就已经历经了多种形式的迭代。

伴随近年智能手机、云服务等市场对存储器的强劲需求,存储器市场在2017年迎来爆发,成为IC最大细分领域,目前已形成了一个主要由DRAM与NAND Flash以及NOR Flash组成的超过1600亿美元的市场。

但现阶段存储器在发展过程中,也逐渐面临一些无法逾越的技术鸿沟,比如传统存储介质与内存介质在速度、功耗和密度的巨大差距;另外其共性问题还在于都面临着制程持续微缩的物理极限。能够突破性能与技术瓶颈的第四代存储器(又称“新型存储器”)逐渐受到市场的关注。

在此背景下,一家专注于ReRAM领域的新型半导体存储技术公司昕原半导体(上海)有限公司(下称“盺原半导体”),在上海成立,并发展迅速。这是一家集核心技术、工艺制程、芯片设计、IP授权和生产服务于一体的新型IDM公司。公司由张可博士和张翔先生联合创立。在公司成立的第二年,即获得由上海联和投资、联新资本、联升创投、昆桥资本组成的战略融资。公司历史股东还包括KPCB、北极光创投、赛富亚洲、宽带资本、元禾谷风等知名基金。

昕原半导体联合创始人兼CEO张翔向《科创板日报》记者透露,公司去年研发的一颗基于ReRAM存储技术的芯片目前已在回片阶段,今年下半年将可以出货,该款芯片主要是利用了公司新型存储ReRAM的安全特性和存储特性,主要应用于防伪认证,也应用于移动设备的各种配件、家电、电子烟等AIoT的广大市场,目前已与行业内头部厂商达成合作意向。

第4代存储器已经经过10年的发展,张翔认为,未来5年将会进入爆发期,存储器的市场格局将发生改变。

特点鲜明的新型存储器

存储芯片根据断电后存储的信息是否留存分为易失性存储芯片:DRAM/SRAM与非易失性存储芯片: NAND Flash/ NOR Flash。其中DRAM和NAND Flash两类占存储市场的95%以上。

DRAM的技术发展路径主要以提升制程来提高存储密度,虽然微处理器的工艺已经到了5nm节点,但DRAM仍然停留在20nm和10nm节点之间,目前不论是美光、海力士还是三星电子,其DRAM产品的最高制程为1znm(约12-14nm),而理论上,10nm是DRAM的极限。

与之相比,NAND Flash广泛应用于SSD存储单元,销售额占存储芯片比重约42%,仅次于DRAM,其特点是具有较高的密度,但是读写速度不及DRAM。而对于近年因5G、电动车、TWS等应用而拉动需求增长的NOR Flash而言,其不仅写性能较慢,且无法做到较高的密度。

由于DRAM和NAND Flash以及NOR Flash本身物理特性的限制,单纯依靠改良现有的存储器很难突破性能与密度的瓶颈,而新型存储器提供了解决路径。

“大体而言,新型存储器具有两大特点,以应用场景数据中心为例,首先,新型存储器在数据中心的应用,其读写速度与DRAM一样快同时提供更高的存储密度,第二所有的新型存储器都是掉电后数据还保存(非易失性),新型存储器应用后,一个数据中心性能会大幅提升,而能耗上会降低30%左右”,张翔向《科创板日报》记者描述。

基于新型存储器的性能优势,张翔认为,从自身的性能、耗电量等角度考虑,未来只要做数据中心,肯定会选择这条(新型存储器)发展道路做为现行存储配置的补充,“目前已经有很多公司找到我们表达出对新型存储器的需求”。

未来行业格局或将改写

除了在数据中心应用外,新型存储器在云端、在IOT侧、车规、AI领域等方向亦有很多的应用。

其中在AI领域,传统冯·诺伊曼体系结构中,数据从处理单元外的存储器提取,处理完之后在写回存储器。而现有AI芯片由于运算部件和存储部件存在速度差异,当运算能力达到一定程度,由于访问存储器的速度无法跟上运算部件消耗数据的速度,再增加运算部件也无法得到充分利用,即形成所谓的冯·诺伊曼“瓶颈”,即“内存墙”问题。

而存内计算则可以解决上述问题,其把计算嵌入到内存里面去,这样内存就不仅仅是一个存储器,同时还完成了计算任务。存算一体大大减少了计算过程中的数据存取的耗费,“实际上存内计算要解决的最重要的事情就是性能和耗电,也就是能耗比”,张翔讲到。

对于存内计算而言,存储器的特性往往决定了存内计算的效率,因此当带有新特性的存储器出现时,往往会带动存内计算的发展。通过存储与计算融合,减少数据的中间搬移,从而提升整个AI芯片的能效,打破存储墙问题。

记者了解到,昕原半导体主要聚焦于新型存储行业中的ReRAM(阻变存储器)赛道,目前,昕原在会提供三类存储产品:低密度存储产品,中密度存储产品,高密度存储产品。公司业务则主要面向四大领域:数据中心、存储颗粒、AI存内计算以及IoT芯片安全领域。

张翔透露,昕原半导体已完成业界首款28nm制程ReRAM芯片流片成功,即将于今年下半年量产,该芯片将应用IoT芯片安全领域,包括电子烟、电池、快充等需要身份认证芯片的产业;对于存内计算领域则会采取IP授权的方式;而在存储颗粒市场则面对与部分传统存储器的直接竞争。

张翔表示,公司的低、中密度存储产品会与代工厂合作生产,或者自产,其中中密度存储产品相比NOR Flash,在性能、密度、成本上均有优势;而高密度存储产品,在性能、成本、密度上与SLC NAND产品相比占优。这也意味着,随着新型存储器产品的逐渐成熟,存储器行业的现有格局将在未来被改写。

拥有世界上首个ReRAM量产线

值得注意的是,新型存储器除了ReRAM种类外,还包括相变存储器(PCM)、磁变存储器(MRAM)、铁电存储器(FRAM),与前述新型存储器品种相比,ReRAM的优势体现在何处?

张翔介绍,ReRAM读写速度优于传统存储器,但要慢于MRAM和FRAM,同时ReRAM的读写次数约在100万次左右,较传统存储器有数量级的增加,但少于MRAM的读写次数,“ReRAM的优点则非常明显,首先在密度方面,ReRAM的密度可以做到很高”。

其实,据了解,从成本方面看,MRAM由于材料的复杂性、密度瓶颈等特性,其成本会较高。而PCRAM的特点则在于密度可以做到与ReRAM相同水平,但PCRAM读的速度会逊于ReRAM,同时其与ReRAM最大的区别在于,由于工艺制程较为复杂,因此PCRAM的良率有待提升。

有行业人士透露,昕原半导体与代工厂合作开发的ReRAM的良率已经达到70%,未来良率将接近90%。

另外,FRAM则与MRAM的性能较为类似,但其读写速度要优于MRAM,且可以保持较低的功耗,FRAM的劣势则在于,其成本比MRAM还要高,“所以它可以应用于一些非常特殊的市场,比如助听器市场”。

张翔认为,总体来看,与其他新型存储器相比,密度和相应的成本将会是ReRAM的最大优势。

《科创板日报》记者了解到,在ReRAM的赛道上,昕原半导体拥有10年的技术积累和经验。公司与全球头部的FAB有多年的工艺制程开发合作,并且是第一个做到28nm商用量产的公司。

此外,昕原半导体采取的是新型IDM的模式,公司是世界上首个拥有ReRAM后道量产线的新型存储创业公司。

事实上,在当下全球芯片紧缺的大背景下,采取IDM模式的芯片厂商正凸显其优势。对于昕原半导体而言,由于拥有自主后道量产线,在生产规模上,即避免了对FAB的完全依赖,同时又可以契合FAB已有的工艺产线,可以做到快速匹配生产;同时公司也极大缩短了产品开发和迭代的周期;而在投资规模上,由于仅进行后道工艺的生产,投资规模整体可控,并可分阶段地提升产能,“目前公司跟一个代工厂合作的产能,在最低设备情况下,能达到2000片/月,在IDM工厂建成后,公司产能将达到30000片/月”。张翔讲到。

张翔表示,新型存储器未来的应用领域会非常的广泛,“在未来可预见的市场中,存储器产品将是公司收入最高的一项业务,另外公司的AI业务将会增长的非常快,昕原希望在未来做到中国最好、最强的新型存储器公司”。

特别声明:文章内容仅供参考,不构成投资建议。投资者据此操作风险自担。
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