新兴存储器将取代NOR和SRAM？

shuszhao

新兴存储器再现生机。
这是Objective Analysis和Coughlin Associates联合发布的年度报告得出的结论。根据预测，到2031年，新兴存储器的市场规模将达到440亿美元，可以是独立的存储芯片，也可以是微控制器、ASIC甚至计算处理器中的嵌入式存储器，它将取代包括NOR闪存、SRAM和DRAM在内的现有存储器(图1)。
分析指出，新兴存储器将创造自己的新市场，并在其中占据巨大的竞争优势。这个市场不仅包括存储器制造商和晶圆代工厂，还包括SoC设计人员和用户，他们已经在设计中采用这些新型非易失性存储器，以实现更低的功耗和更高的系统响应能力。

图1：预计MRAM和ReRAM将取代SoC中的大部分嵌入式NOR和SRAM，甚至在某些应用中替换DRAM和NAND闪存。(图片来源：Objective Analysis)

新兴存储器的收入增长的部分原因是需要新的工具来支持不同的材料和工艺，而这又将拉动资产设备市场的增长。例如，该报告预计，MRAM制造设备2031年的总收入将是2020年总收入(1000万美元)的100多倍，达到11亿美元；独立MRAM和STT-RAM收入将增长到约17亿美元，为2020年独立MRAM收入的42倍。而嵌入式MRAM将加入到与嵌入式ReRAM的竞争中，以取代SoC中的大部分嵌入式NOR和SRAM。图2显示了2019至2031年间独立存储器的年度PB(petabyte)出货量。
该报告预测，到2031年3D XPoint存储器的收入可能会超过200亿美元，这与去年的报告一致，即它将有助于推动PCRAM的应用。不过，报告也指出了新兴存储器可能面临的一些挑战。
Objective Analysis首席分析师Jim Handy表示，英特尔的Optane是目前唯一的商用3D Xpoint存储器，它需要新的软件才能很好地使用。其目标客户最有可能来自金融领域，因为3D Xpoint存储器适合这一领域的应用。“他们往往非常保守。”他还说，尽管3D Xpoint是一种基于PCRAM的技术，但Optane的命运却与英特尔Xeon处理器紧密相连。
Handy指出，Optane DIMM的吸引力在于它比DRAM便宜，据英特尔透露，每GB大约便宜一半。因此，一个系统中用于DRAM的成本可以购买两倍的Optane。Handy认为这对客户是有好处的，但对英特尔却不一定有好处，因为英特尔仍在努力使Optane盈利。

图2：2019至2031年间的独立存储器年度PB出货量。(图片来源：Objective Analysis/Coughlin Associates)

制造商还在想办法使新兴存储器盈利，这也成为推动其广泛应用的障碍。Handy表示，由于NOR闪存和SRAM的性能已触顶，因此MRAM和ReRAM市场增长的大好机会将来自SoC。MRAM SoC已经开始出货，而ReRAM SoC也即将问世。“今年将是未来发展的风向标。”
正如报告所指出的，STT MRAM之所以具有吸引力并得到采用是由于MRAM和STT-RAM工艺与传统的CMOS工艺兼容，因为这些存储器可以直接采用CMOS逻辑晶圆制造。因此，MRAM最有可能替代NOR闪存和SRAM，因为闪存与传统CMOS不兼容；而且与SRAM相比，非易失性和更简单的MRAM和STT MRAM更加节能。
尽管MRAM具有市场增长潜力，但并非所有厂商都能幸存下来享受战果。Handy提到，Spin Memory已同意被清算，其专利可能会被出售。Spin Memory的关闭并不一定反映了整个MRAM市场的健康状况，但该公司短期内的收入确实不足以支撑其运营。Handy说，因为Spin Memory选择了建立自己的后端晶圆厂，将MRAM置于标准CMS逻辑之上，这样做是以成本高昂为代价的，因此可能对投资者缺乏吸引力。
Handy同时表示，推动MRAM向前发展的除了代工厂还有存储器制造商，例如台积电、三星和格芯。“他们拥有先进的工艺技术。”这将使MRAM逐渐取代SRAM和NOR闪存，因为它们能够让芯片随逻辑而缩小。他说，终有一天，MRAM的价格会下降，很多应用都不会再因其成本高昂而却步。除了分析PCM、ReRAM、FRAM和MRAM，这份关于新兴存储器的年度报告还指出了非主流技术的竞争优势与劣势，包括相关公司的概况，以及涉及的芯片制造商、技术许可方、代工厂、生产工具制造商和研究联盟。

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