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国内正在研究速度快1000倍的相变存储技术,预计明年取得成功

长江日报 ·2018-04-28 08:14·半导体行业观察
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来源:内容来自长江日报,谢谢。


4月26日晚10时,夜色渐深,武昌喻家湖东路,武汉光电国家研究中心的一间实验室里仍然灯火通明,100多人的研发团队正挑灯夜战,全力研发“下一代存储芯片”。墙上,贴满了团队在国际知名期刊上发表的论文,以及大批专利证书。


缪向水(左二)与学生们交流


我们正在攻关的是基于相变存储器的3D XPOINT存储器技术,预计明年能在实验室研发成功。到时候,芯片的读写速度会比现在快1000倍,可靠性提高1000倍,一旦产业化成功,将颠覆产业格局。目前,英特尔等产业巨头也在研究这一方向。”研发负责人、教育部“长江学者”特聘教授、华中科技大学光电学院副院长缪向水介绍。


“芯片是信息社会的粮食,其中存储器芯片是应用最广泛的,市场最大的芯片,所有的电子产品,包括手机、相机、电脑都离不开它。当前,我国每年进口额高达2600亿美元,其中四分之一是存储器,95%的存储器芯片依靠进口。”缪向水说。


53岁的缪向水研究信息存储技术32年,曾在亚洲顶尖的新加坡国立大学任教10年,2007年回国后开始自主研发存储器芯片,同时兼任武汉新芯首席科学家。


自主研发的道路并不平坦,缪向水介绍,芯片是一个高度复杂的科技产品,5毫米见方的硅片上,电路只有头发的几百分之一粗细,肉眼无法看到,每个存储器加工过程有66步工艺,一步都不能错,且芯片加工设备昂贵,流片出错的成本极高,一不小心损失可达上千万元。


多年来,缪向水带领科研团队不断攻关克难。25岁的博士生冯金龙进入研发团队已经3年,他和团队成员们整天都泡在实验室里,不是在查阅资料,就是穿着白大褂,在超净间的高倍显微镜下做实验。“我做的是芯片材料机理的研究,生活是单调了一点,但发现新东西让我很有成就感。”他说。


“芯片是国之重器,信息产业严重依赖芯片,产业命脉应该掌握在自己手上,重大核心技术必须靠自主研发,不能让别人卡着脖子。”缪向水表示,目前,我国的芯片产业离国外还有不少差距,但我们不能自暴自弃,也不能急于求成,要静下心来,坐冷板凳,坚持自力更生,产学研协同,共同攻关,未来我们一定能圆“芯片梦”。


4月上旬,长江存储武汉基地芯片生产机台正式进场安装,这标志着国家存储器基地从厂房建设阶段进入量产准备阶段,中国首批拥有完全自主知识产权的32层 3D NAND闪存芯片将于年内量产。


延伸:什么是相变存储器和3D Xpoint


相变存储器,顾名思义,是利用电脉冲诱导相变材料在高阻的非晶态与低阻的晶态之间进行可逆转变,实现信息的写入和擦除,通过电阻变化实现数据读出的一种新型存储器。


目前主流的半导体存储器主要分为两类,一类如电脑内存,虽然读写速度快,但容量小、价格高、掉电易丢失数据;另一类如固态硬盘,优缺点正好相反。能否研发出一种集两者优点于一身的新型存储器,成了影响电子产品升级换代的关键因素之一。


相变存储器就是近年来科学家研究的这类新型存储器之一。因其具有非挥发性、循环寿命长、写入速度快、稳定性好、功耗低和可嵌入功能强等优点,特别是在器件特征尺寸微缩方面具有突出优势,被业界认为是下一代非挥发性存储技术的最佳解决方案之一。


据知,3D XPoint技术之前的架构(Corss-point)舍弃了原来位存储晶体管(bit-storing transistors),采用栅状电线(a latticework of wires)电阻来表示0和1.而3D XPoint架构其实是一种大容量存储技术,虽然比DRAM要慢,但它比DRAM要便宜,比NAND要快,但是比NAND要贵,最重要的是它是非易失性的。所以,断电之后数据不丢失。


可以确定的是,3D Xpoint是可堆叠(stackable),无晶体管(without transistor)的非易失性存储(non volatile)。看起来很美的各种NVM,尤其是PCM,学术界火了这么几年都没能在工业界有什么实质性的实现和推进,3D Xpoint无疑是相当振奋人心的。


按intel的说法,3D Xpoint可能是1989年NAND Flash诞生以来的最大突破了,但实现材料和技术细节不得而知(有人推测是RRAM,也有人认为是PCM。


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1571期内容,欢迎关注。

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