尽管可变电阻式内存(ReRAM)潜力巨大，但至今尚未投入量产。ReRAM是“新兴”内存的代表，它们大多都还处于研发阶段…
Objective Analysis首席分析师、《新兴内存加速发展》(Emerging Memories Ramp Up)这份报告的合著者Jim Handy认为，“ReRAM的主要进展还是在研发上。”许多小公司(如Crossbar和Weebit Nano)致力于将其商业化，法国CEA Tech旗下的Leti技术研究所正进行了大量研究工作。DRAM制造商也开始涉足其中，Handy指出，但是，尽管每个能够提供MRAM的代工厂都具有一定的ReRAM生产能力，目前却没有人急于推出产品。
实质上，一些大内存制造商都采取了两边下注的策略。Handy认为：“他们要确保一旦DRAM和NAND闪存不能再满足市场发展需求，必须有一些研究成果可以取而代之。”因此那些小公司投入重金进行研发，看是否可以撑到大规模商业应用来临的一刻。Handy提到，Adesto Technologies (出刊前该公司已被Dialog Semiconductor收购)推出了作为公司创立之本的CBRAM (已注册商标)，除此之外，ReRAM产品目前还很少。
ReRAM能够仿真大脑为人工智能(AI)应用创建神经网络，因此激发了人们对新兴内存的浓厚兴趣。Handy说：“实际上，人们讨论神经图(neural map)已经很长时间了，但是还没人真正实现它并将其投入生产。”不过也有人说神经网络可以采用普通闪存。他认为，“如果闪存能够做到这一点，人们可能会放弃ReRAM。”
图1：近期成立了采用ReRAM创建人工智能平台的联盟，Crossbar是创始成员之一。
（来源：Crossbar）
在2019年IEEE国际电子设备会议(IEDM)上，Leti展示了其研究工作，即如何利用基于ReRAM的突触和模拟棘波神经元，制造出全整合仿生神经网络——与使用普通编码的等效芯片相比，其能耗降低了5倍。这种神经网络实现使突触靠近神经元放置，从而可以直接进行突触电流整合。
2020年初，ReRAM制造商Crossbar和其他几家公司共同成立了一个名为SCAiLE (SCalable AI for Learning at the Edge)的AI联盟，致力于提供加速、节能的AI平台。联盟的主要工作是将ReRAM与先进的加速硬件，以及优化的神经网络结合，以产生具有无监督学习(unsupervised learning)和事件辨识能力且低功耗的现成解决方案。
Handy指出，在大肆宣扬的神经网络之外，ReRAM的市场应用有两种：一种是作为独立的组件包含在芯片当中，例如EERAM；另一种是作为内存嵌入SoC或微控制器中。Handy认为，ReRAM作为独立组件的应用较有吸引力，因为它可以跟备用电池一起替代SRAM，以避免停电时丧失信息；而嵌入式应用则更有趣，因为NOR闪存制程难以突破28nm。“一些大的代工厂，以及微控制器制造商都在想尽方法使内存制程缩至28nm以下，ReRAM和MRAM可望实现这一目标。”
Weebit Nano是一家积极将ReRAM应用于神经网络的公司，但其CEO Coby Hanoch也表示，首先进入市场的很可能是一些更常见的应用。不过，他认为ReRAM总体来说正在不断发展。“大一些的公司现在越来越重视它，而新创公司也开始取得进展。”Weebit对自己的技术充满信心，积极向客户进行推广。Weebit最近宣布芯天下(XTX Technology)将采用其氧化硅ReRAM技术，芯天下是一家为消费电子产品、工业嵌入式系统、电信和网络应用提供内存解决方案的中国供货商。“我们正进行产品化和商业化，预计到2021年，我们可能会开始卖出产品，将ReRAM继续向前推进。”
图2：Weebit的ReRAM单元由两个金属层和金属层中的二氧化硅(SiOx)组成，两层之间的二氧化硅可用于现有生产线。
（来源：Weebit Nano）
Hanoch表示，过去一年来，业界对于生产ReRAM的兴趣越来越浓，Weebit则透过实现超过一百万次的耐久性测试来检验其技术。“我们的产品可以在150度下工作10年，”Hanoch提到，“这项技术变得越来越成熟，真的已可问世。”
尽管大家都知道Weebit在神经网络方面所做的努力，但Hanoch表示，公司第一阶段的目标仍然是嵌入式市场。ReRAM在嵌入式领域具有明显优势，例如，用更快、功耗更低的ReRAM组件代替闪存技术和外部非挥发性内存，这种方案优于MRAM解决方案，因为Weebit的氧化硅ReRAM采用的标准材料更适合现有的产线。“我们发现只需添加一两个光罩即可进行制造。”
图3：Applied Materials发布其Endura Impulse PVD平台，可精确沉积并控制ReRAM中使用的多种材料。
（来源：Applied Materials）
内存芯片的制造也是其成功的一个关键因素。美商应用材料公司(Applied Materials)先进制程技术开发总经理Mahendra Pakala认为，对ReRAM来说，均匀性和接口控制在制造过程中至关重要。该公司去年发布了用于ReRAM的Endura Impulse PVD平台，该平台最多拥有9个配备板载计量装置的真空处理室，可精确沉积和控制ReRAM中使用的多种材料，这对于在生产中实现高性能、高可靠性和高耐久性非常重要。“处理室中至少有五到六层不同的材料和外罩，处理条件也不同，因而可以形成合适的接口。”
Pakala表示，当ReRAM尺寸变大时，就要使用不同的材料系统，这是当前的研发重点。“目前我们处于材料筛选的开发阶段，一切都还早。”与Weebit一样，Applied Materials也看到ReRAM在嵌入式应用中越来越受欢迎，但要使审慎的ReRAM产品投入商用，还有很多工作要做。他提到，为了发展ReRAM和其他新兴内存，必须建立相应的生态系统，为此Applied Materials创办了材料工程技术推动中心(META Center)，促进研究人员、设备供货商和制造商在开发初期互相协作，从而加快从“实验室到晶圆厂”(lab to fab)的进展。
Hanoch表示，无论是嵌入式的还是离散式，ReRAM之所以具有吸引力，主要是因为低功耗(Leti最近的展示就是一个例子)，因而非常适合物联网(IoT)应用。Hanoch指出：“ReRAM在速度和低功耗方面具有很大优势。”他提到，嵌入式应用是ReRAM最容易实现的目标，因此这是Weebit短期内的工作重点，但公司同时也在积极计划开发独立的ReRAM产品。
Hanoch表示，随着完成的商业交易越来越多，客户信心会不断增强，可以说，ReRAM将在未来3~4年内迎来快速成长。他认为，“到那时候一定会发生。”而引起广泛关注的神经形态应用至少还需要五年的时间，“在其产品化之前还需要做许多研究，但是一旦完成，这可能会是ReRAM的最大市场，其潜力不可估算。”
(参考原文：Is ReRAM Ready to Leave the R&D Phase?，by Gary Hilson)
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