2017年中国存储器行业市场规模及发展前景预测【图】_中国产业信息网
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2017年中国存储器行业市场规模及发展前景预测【图】
& & 近年来存储器在半导体产业中的占比稳步提升，目前已经达到 24%左右，而在集 成电路中的比重更是超过了 30%，在产业中占据极为重要的地位。目前全球存储器的市场已经达到 773 亿美元， 从存储器的构成来看，2016 年 DRAM 的市场规模超过 400 亿美元，成为存储器领域第一大产品类型，而 NAND Flash 受益于智能手机和 SSD 的兴起，市场规模也达到 300 亿美元左右，两者在存储器领域的占比已经超过 90%。 全球半导体和存储器（半导体）的市场规模
数据来源：公开资料整理 近年来全球存储器的市场的构成
数据来源：公开资料整理 & &&数据显示，目前中国市场所消耗的 DRAM 量超过全球 20%，而 NAND 的数据更是惊人，2017 年预计将占全球 30%以上，而到了 2020 年该占比将超过 40%。而与此形成鲜明对比的是：在 存储器领域，中国几乎完全依赖于进口，存储器已经成为我国半导体产业受外部制约最严重的基础产品之一， 存储器国产化也成为了我国半导体发展大战略中的重要一步。 2015 年中国存储器消耗占全球产能的预测数据来源：公开资料整理 《中国制造 2025》白皮书对于中国芯片自给率的规划数据来源：公开资料整理 & &&相关报告：智研咨询发布的《》
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在产能利用率大幅回升的背景下，考虑到政府去产能目标依…
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chyxx.com, All Rights Reserved 产业信息网 版权所有 运营公司：智研咨询集团存储器的市场到底有多重要？人工智能芯片延续摩尔定律的秘密
2017年初，中国本土半导体制造龙头企业中芯国际（SMIC）正式出样采用40nm工艺的ReRAM（非易失性阻变式存储器）芯片，ReRAM存储技术的发明公司Crossbar如横空出世般出现在人们的视野中。事实上，在2016年3月 Crossbar进军中国市场时，就宣布了与SMIC在40nm工艺的合作，一年后的正式出样也足以向业界宣告ReRAM真的来了。
存储器的市场到底有多重要？纵观整个科技行业，存储未来成长空间依然很大，5G时代、物联网、人工智能，这些科技产品的发展都离不开存储。独立存储器占了950亿美元的市场，与逻辑电阻集成在一起、需要嵌入式存储器的逻辑电路则有着1350亿的市场规模。而中国市场，存储器的规模有200亿，成为各大存储厂家争相抢占的一个市场。
近期，《电子技术应用》记者采访了Crossbar战略营销和业务发展副总裁Sylvain Dubois，针对其ReRAM技术的最新发展动向进行了一些了解和讨论。
Crossbar战略营销和业务发展副总裁Sylvain Dubois
Sylvain Dubois指出，Crossbar的存储器技术不仅会进入950亿美元的独立存储器的市场，也会进入到拥有1350亿美元市场规模的逻辑电路里面。中国市场是Crossbar非常重要的市场。
Crossbar公司成立于2010年，总部位于美国加州圣克拉拉，是ReRAM技术的业界领导者，申请专利310项，160项已获批。Sylvain Dubois指出，ReRAM技术能够很好地填补DRAM与闪存SSD之间的延迟差距：&我们的战略是从填补这个差距来进入。我们拥有一个非常独特的技术就是金属导电细丝的可变电阻，就是阻性存储器技术。&
有向7nm等先进工艺节点演进的潜力
ReRAM三层架构
ReRAM是基于简单的上电极、阻性转换介质和下电极组成的三层架构。而阻性转换介质的工作机理是，当电压作用于两个电极之间时，会形成导电细丝。基于不同的转换材料和存储单元的组织形式，有不同的方法实现ReRAM。转换材料的不同，器件性能会有重大差异。
Crossbar的ReRAM技术使用了基于硅的转换材料作为形成金属导电细丝的宿主。当电压作用于两个电极之间时，就会形成纳米级导电细丝。因为阻变式转换的机理是基于电场的，Crossbar的ReRAM存储单元非常稳定，温度变化范围可以在-40C~125&C之间，100万次以上写次数，以及在85&C温度下数据可以保存10年。
Sylvain Dubois指出：&我们的导电细丝非常小，直径在5nm以下。在工艺节点的演进上，目前我们在40nm量产，因为它的技术的独特性，它可以一直微缩到7nm。ReRAM不像闪存，它可以一直向先进的工艺节点演进。而且可以垂直地进行3D的堆叠，从而为在单个芯片上实现TB级的存储能力铺平了道路。&
比Flash闪存更快的读写性能
Crossbar的ReRAM技术是基于一种简单的器件结构，使用与CMOS工艺兼容的材料和标准的CMOS工艺流程。它可以很容易地在现有的CMOS晶圆厂中被集成和制造。由于Crossbar ReRAM阵列是在低温的后段工艺制程中进行集成，多层Crossbar ReRAM阵列可以在CMOS逻辑晶圆上部进行集成，从而构建3D ReRAM存储芯片。
Sylvain Dubois解释到：&因为与CMOS的逻辑电路完全兼容，所以它的一个大优势就是可以集成到CMOS GPU里，可以在CMOS逻辑的代工厂生产，也可以在存储器的代工厂生产，可以作为一个单独的存储器取代目前流行的NAND Flash，在SSD里会有大量的NAND Flash去实现SSD的功能。&
ReRAM集成在CMOS逻辑晶圆上
与传统的Flash闪存相比，Crossbar ReRAM提供更快的、bit级翻转、无须擦除的操作。它提供比闪存低100倍的读延迟、快1000倍写性能，更小的页面架构从而减小读写延迟、降低能耗、提升存储器解决方案的寿命。
低成本、低能耗、高安全性
现在非常流行的人工智能技术，通过深度学习和深度神经网络的架构，去提取不同的特征，通过矩阵的形式来实现特征的识别，如：人脸识别、语音识别、模式识别等方面。
以卷积神经网络为例，卷积的运算占到90%~99%，需要不同的滤波器对输入图象的数据进行计算匹配，匹配就输出1，不匹配的部分输出0，这样就可以判断图象的模式。在整个神经网络里有大量的模型存在，去匹配不同的模式。
目前用于人工智能的芯片的实现需要非常昂贵的片上SRAM，可以做在CMOS的电路里，但是很贵。采用少量的SRAM再加上外部的芯片上容量比较大的DRAM，在使用外部DRAM和片上SRAM的架构会有很多memory的访问操作，延迟会很大，同时会消耗很多能量。Sylvain Dubois认为，Crossbar的技术可以对人工智能的芯片带来革命性的影响。
&如果用嵌入式的ReRAM来实现，可以不需要外部的DRAM来存储大量的模型数据，内部的SRAM也可以减到最小。因为整个模型参数都会放在ReRAM里，ReRAM的数据直接参与计算， ReRAM在片上，和处理器非常近，能耗会很低，性能会很好。& Sylvain Dubois 介绍到，&还带来一个额外的好处就是安全性非常好，因为这个模型实际上是在片上的，不像模型放在DRAM或者外部的闪存上容易被窃取。&
ReRAM技术应用领域覆盖了消费电子、企业存储、物联网、安全支付等电子行业的方方面面，在多个目标领域都非常有优势，AI则是Sylvain Dubois认为优势显著的领域：&AI综合了IoT、安全、计算各个方面。目前还没有其他技术可以是现在AI芯片里集成存储器的解决方案。Crossbar在AI领域会有非常明显的优势。&
类ARM式IP授权
Crossbar公司采用IP授权的模式，比较接近于ARM的模式。Sylvain Dubois 介绍到：&Crossbar为不同的客户提供不同的服务，对于设计能力强的公司需要授权是给予授权；对于在技术方面需要更多支持的公司，也可以在很大程度上帮助客户设计产品。虽然是IP授权，但是我们可以针对不同的公司提供定制化的服务。&
后记：尽管除了ReRAM之外，3D XPoint 和 STT-MRAM等新的内存技术发展势头都不错，但MRAM已经发展了20多年，面临很多挑战性，ReRAM发展至今才7年，在SMIC已经进入到量产的阶段，进展相对而言是比较快的，在AI迅速发展需求的推动下，ReRAM有望利用自身优势在市场上首先分得一杯羹。
原文标题：【产业报道】Crossbar ReRAM存储技术 人工智能芯片延续摩尔定律的秘密
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根据公布的两种存储器的进展，几年之内，我们可能会携带具有数百GB甚至TB超速度非易失性存储器的智能手机、平板电脑或笔记本。
首先，三星宣布其正在批量生产三维（3D）垂直NAND（V-NAND）芯片；接着创业公司Crossbar说它已经创建了一个电阻随机存取存储器（RRAM）芯片的原型。
3D NAND将原本建立在一个水平面上的闪存芯片侧放。然后，像微观的存储摩天楼一样，它们并排的堆叠在一起，创建了一个更密集的芯片，该芯片的写性能是今天2D或平面NAND的两倍，可靠性是2DNAND的十倍。
Crossbar RRAM技术的3D表示
在平面NAND上创建存储数据的硅闪存单元的最密集工艺处于10nm和19nm之间。这到底有多小？这里我们给出一些概念，1纳米是十亿分之一米——人的头发比25nm工艺技术制成的NAND闪存厚3000倍。一英寸有2500万纳米。
NAND闪存使用晶体管和要捕获的电荷（也被称为电荷捕获闪存）在硅单元中存储一些数据，而RRAM使用连接硅层的微小导电细丝来表示数据——一个数字1或0。
在RRAM中，顶层的硅硝酸盐创建了一个导电电极，底层是绝缘的氧化硅。一个正电荷在两个硅层之间创建了一个细丝连接，代表一个1；负电荷打破这个细丝，创建一个电阻层或一个0。
哪种存储器技术能够胜出
五年内，这两种存储器中哪一种能够在非易失性存储器市场占有主导地位是不能确定的，因为关于多少3D（或可堆叠）NAND闪存可以扩展当前的NAND闪存技术，专家们持有不同意见。一些专家说目前三星的24层会发展到将来的100层；另一些人相信它只有两到三代，这意味着这种技术会在64层左右的时候达到瓶颈。
相比之下，RRAM开始具有优势。它比NAND更密集，具有更高的性能和耐久性。这意味着和NAND闪存制造商使用的硅晶圆相比，RRAM将能够使用其一半大小的硅晶圆。据Crossbar的CEO George Minassian说，最重要的是，目前的闪存制造厂如果转而制造RRAM的话并不需要改变他们的设备。
Minassian说：“工厂引入RRAM的工程成本大概花费几百万美元，这在我们计划之中。引入一个新的NAND闪存节点，如从65到45nm节点，也具有相同的成本。”
Crossbar声称其RRAM技术的延迟时间仅有30纳秒。三星的热销闪存840 Pro SSD有0.057毫秒的延迟。1毫秒是千分之一秒，1纳秒是十亿分之一秒——RRAM快了一百万倍。
据Minassian说，RRAM本身就能承受10000写擦周期，它比典型消费级MLC（多单元级）NAND闪存能够承受多些，并且没有任何纠错码。ECC用于将今天的MLC NAND闪存升级到企业级闪存卡和固态硬盘（SSD）。
事实上，Crossbar希望在两年内看到RRAM的大规模生产。Minassian说他的公司已经和汽车工业的一个闪存加工厂达成协议来制造这种芯片，并且很快就会和一个更大的晶圆厂达成协议。
Handy说：“硅将尽可能的保持其对新型材料的优势。直到3D NAND开始衰退，像Crossbar的技术才能发挥作用。”
在存储器性能和存储容量方面，RRAM和3D NAND都预示着一个巨大的飞跃。和今天的平面NAND闪存相比，Crossbar的RRAM保证了20倍的写性能和10倍的耐久性。Minassian说，像3DNAND一样，RRAM存储器进行芯片堆叠，1TB 模块的尺寸大致是相似容量NAND闪存模块尺寸的一半。
3D NAND提供了数倍容量。每个NAND闪存“摩天大楼”可以实现容量翻倍。三星说，它的V-NAND最初只拥有128GB到1TB的嵌入式系统和SSD，“取决于客户的需求。”所以，三星似乎把赌注押在降低制造成本——每比特价格，而不是提高容量来推动V-NAND销量。
Crossbar的初始RRAM芯片能够存储1TB的数据，它能在尺寸小于邮票的芯片上进行存储，这相当于200mm见方表面上的250小时的高清电影。
三星的垂直NAND
在性能方面，RRAM带来另一个优势。今天的NAND闪存芯片大约有7MB/秒的写速度。SSD和闪存卡通过并发运行多个芯片可以达到400MB/秒的速度。
3D NAND和RRAM宣称的性能改善意味着存储设备不再是现在的系统瓶颈。在未来，瓶颈因素将是总线——计算机组件之间的通信层。换句话说，如果NAND闪存是一个每小时100英里的汽车，RRAM是每小时200英里的汽车，不管他们的速度有多快，如果道路中有一个弯道，那么速度会限制到每小时50英里。
Crossbar表示，除了性能，RRAM使用一小部分功率存储NAND闪存使用的数据，这意味着它有助于延长电池寿命“几周，几个月或是几年”。
例如，NAND闪存需要20伏电压将一些数据写入硅芯片中，而RRAM写入这些数据只需要4微安。
推动RRAM发展的不仅有Crossbar。惠普和松下都已经开发他们自己版本的电阻存储器，但据ObjectiveAnalysis 的首席分析师Jim Handy说，Crossbar对其他开发者有巨大的帮助。
他在回复Computerworld的电子邮件中说：“这种技术的一大优势是选择装置内置在单元中。在其他RRAM中不是这样，必须内置一些外部的二极管或晶体管。这个领域已经获得了大量的研究经费，但对于许多其他技术仍是一个棘手的问题。”
Handy说，即使其他技术提供了更好的性能，RRAM替代性技术的市场仍是有限的，因为闪存制造商倾向于使用最便宜的技术。
RRAM的优势
RRAM不是眼前唯一的存储器改进。将来可以与NAND和DRAM对抗的其他形式的非易失性存储器包括Everspin的磁阻RAM（MRAM）和相变存储器（PCM），这是三星和美光正在追求的存储器类型。还有赛道存储器，石墨烯存储器和忆阻器——惠普自己的RRAM类型。
研究公司ForwardInsights的创始人兼首席分析师 Gregory Wong相信Crossbar的RRAM是一种可行的产品，有朝一日会挑战NAND。他说：“当我提到NAND，就意味着3D NAND。”
赛道存储器至少还需要五年才会可行。Wong说：“现在，它看起来像一个有趣的概念。未来它最终是否会变得商业化还不能确定。相变的问题在于：在存储器市场中它能够适应哪里？现在，它是一个NOR的替代品。其性能和耐久性像是NOR，而不是NAND。”
他说：“一般来说，当你看到别人吹捧RRAM时，会存在很多怀疑；但当你看到Crossbar和它的技术时，会发现很有趣。”
Handy也相信硅制作的存储器，如Crossbar的RRAM，将继续占据存储器市场的主导地位，因为晶圆厂已经做好充分的准备去使用它了，并且硅还是一种廉价的材料。
Handy说：“硅将尽可能的保持其对新材料的优势，直到3D NAND开始衰退，像Crossbar的技术才会发挥作用，目前看来，这会发生在2D技术停止发展后，距现在还有二到三代工艺的时间。”
NAND闪存工艺技术每12个月左右不断发展。例如，英特尔即将从19nm节点移至14nm。这意味着它可能在两到三年之内失去动力。
不是每个人都认为3D NAND会这么快没落。
应用材料技术人员的高级主管和主要成员Gill Lee相信3D NAND可能增长至100层以上的深度。应用材料提供了制作NAND闪存和RRAM的半导体工业机器。他说：“3D会使NAND工艺继续升级制程。它能够走多远呢？我认为它能够走很远。”
Lee说，他已经看到了加工厂把3DNAND发展到128层的路线图。第一代3D NAND，24层深，接踵而来的是亚20nm节点2DNAND，但因为它更密集，3D NAND将存储器制造的每比特成本降低30%左右。消费者是否会看到更大密度的NAND闪存，或者加工厂仅仅继续以更低成本创造相同的存储容量，这取决于该行业。
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