【導(dǎo)讀】不久前，Dialog半導(dǎo)體公司與格芯（GLOBALFOUNDRIES）簽訂了協(xié)議，向其授權(quán)導(dǎo)電橋式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Conductive Bridging RAM；CBRAM）技術(shù)。CBRAM屬于通用的存儲(chǔ)器技術(shù)，應(yīng)用范圍非常廣，從可穿戴設(shè)備到智能手機(jī)等。其性能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在低功耗。
CBRAM技術(shù)由Dialog于2020年收購(gòu)的Adesto Technologies首創(chuàng)并獲得專(zhuān)利。有了這項(xiàng)專(zhuān)利許可，格芯將在其22FDX平臺(tái)上提供這種配置，并在未來(lái)幾年將其擴(kuò)展到其他平臺(tái)。
存儲(chǔ)器行業(yè)正在經(jīng)歷工業(yè)和技術(shù)層面的深刻發(fā)展。新的技術(shù)知識(shí)催生了NVM（非易失性存儲(chǔ)器）元件在電阻上做了改變，并擴(kuò)展了功能，以適用于光學(xué)和電氣設(shè)備。CBRAM存儲(chǔ)器是通過(guò)采用專(zhuān)利金屬化技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)CMOS互連金屬層之間采用電介質(zhì)疊層而創(chuàng)建的。CBRAM工藝改變了其存儲(chǔ)單元的電阻，提供了更高的可靠性。
CBRAM技術(shù)
Dialog的CBRAM技術(shù)適用于像所有物聯(lián)網(wǎng)解決方案一樣要求低功耗的應(yīng)用。應(yīng)用范圍包括從5G到人工智能，這些領(lǐng)域?qū)ψx/寫(xiě)速度有很高要求，但同時(shí)要求降低生產(chǎn)成本。像工業(yè)應(yīng)用這種需要對(duì)嚴(yán)苛環(huán)境有一定耐受能力的應(yīng)用也偏愛(ài)使用該技術(shù)，該技術(shù)也可用于汽車(chē)行業(yè)。
近期，Dialog半導(dǎo)體公司工業(yè)應(yīng)用IC副總裁Raphael Mehrbians在接受EE Times Europe采訪時(shí)，分析了CBRAM的重要性，談到了Dialog在收購(gòu)Adesto之后采取的戰(zhàn)略。與格芯的合作證明了該技術(shù)得以很好地使用。
與傳統(tǒng)的嵌入式NVM不同，CBRAM技術(shù)不需要高電壓來(lái)改變記憶單元狀態(tài)。“這不僅使它能夠集成到標(biāo)準(zhǔn)邏輯中，還意味著進(jìn)出陣列的數(shù)據(jù)路徑的電壓相對(duì)較低。為了從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，將低電壓施加到選中的柵極，使用典型的傳感技術(shù)即可提取記憶單元的電阻。” Mehrbians說(shuō)。
CBRAM產(chǎn)品的截面展示了其易于在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中集成（圖片來(lái)源：Dialog半導(dǎo)體公司）
● 該技術(shù)的主要電氣特性可以總結(jié)如下：
● CBRAM單元由1個(gè)選擇的晶體管和1個(gè)可編程非易失性電阻組成。
● CBRAM是一種電化學(xué)單元，它通過(guò)原子的電動(dòng)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變狀態(tài)。
● 邏輯1由具有導(dǎo)通時(shí)的低電阻單元表示。
● 邏輯0由具有截止時(shí)的高電阻單元表示。
● 通過(guò)施加相反極性的電壓脈沖將其編程為1和將其擦除為0。
● 高可靠性、100K 擦寫(xiě)次數(shù)、10年數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
● 高熱穩(wěn)定性，兼容回流焊
● 寫(xiě) @ <3V
● 讀 @ <0.8V
正如Dialog所指出的，該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是功耗和成本。“CBRAM技術(shù)的固有特點(diǎn)是低電壓和低功耗。對(duì)于需要低電壓/低功耗NVM的嵌入式系統(tǒng)而言，這是很重要的優(yōu)勢(shì)。CBRAM簡(jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)僅通過(guò)增加幾道后道工序的掩膜即可方便地插入標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯中，顯著低于傳統(tǒng)嵌入式閃存所需的數(shù)量。與其他NVM技術(shù)相比，后道工序的插入還提供了優(yōu)越的可擴(kuò)展性。”Mehrbians說(shuō)。
CBRAM將于2022年在格芯的22FDX平臺(tái)上作為嵌入式NVM選項(xiàng)提供投入生產(chǎn)。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，像RAM（隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器）這樣的易失性存儲(chǔ)器會(huì)丟失它們存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，而NVM會(huì)在電源斷開(kāi)后保存存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)。
“傳統(tǒng)嵌入式NVM的挑戰(zhàn)包括：擴(kuò)展到28nm以下的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)、傳統(tǒng)CMOS的成本顯著增加、 以及在訪問(wèn)時(shí)間和功耗方面的性能。”Mehrbians說(shuō)。
圖2：CBRAM的工作原理（圖片來(lái)源：Dialog半導(dǎo)體公司）
他補(bǔ)充說(shuō)：“該技術(shù)適用的應(yīng)用包括先進(jìn)MCU、連接性產(chǎn)品和安全性應(yīng)用。這些通常是更智能的終端設(shè)備所要求的，這些設(shè)備需要更多的智能（AI），以及安全性和先進(jìn)通信協(xié)議，如NB-IoT。”
Dialog強(qiáng)調(diào)了嵌入式NVM與外部存儲(chǔ)器相比的優(yōu)勢(shì)，主要是因?yàn)镮O沒(méi)有外露。在CBRAM中，實(shí)際上不可能通過(guò)物理分析來(lái)檢測(cè)記憶單元的狀態(tài)。此外，記憶單元的狀態(tài)不受磁場(chǎng)和輻射的影響（圖1和2）。
通過(guò)IP定制，客戶(hù)可以修改CBRAM單元來(lái)優(yōu)化他們的SoC設(shè)計(jì)，提高安全性，或者可以對(duì)單元進(jìn)行調(diào)整以用于新的應(yīng)用。
作者：Maurizio Di Paolo Emilio，EE Times Europe
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