【導讀】不久前，Dialog半導體公司與格芯（GLOBALFOUNDRIES）簽訂了協(xié)議，向其授權導電橋式隨機存取存儲器（Conductive Bridging RAM；CBRAM）技術(shù)。CBRAM屬于通用的存儲器技術(shù)，應用范圍非常廣，從可穿戴設備到智能手機等。其性能優(yōu)勢主要體現在低功耗。
CBRAM技術(shù)由Dialog于2020年收購的Adesto Technologies首創(chuàng )并獲得專(zhuān)利。有了這項專(zhuān)利許可，格芯將在其22FDX平臺上提供這種配置，并在未來(lái)幾年將其擴展到其他平臺。
存儲器行業(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)知識催生了NVM（非易失性存儲器）元件在電阻上做了改變，并擴展了功能，以適用于光學(xué)和電氣設備。CBRAM存儲器是通過(guò)采用專(zhuān)利金屬化技術(shù)，在標準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用。應用范圍包括從5G到人工智能，這些領(lǐng)域對讀/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)應用這種需要對嚴苛環(huán)境有一定耐受能力的應用也偏愛(ài)使用該技術(shù)，該技術(shù)也可用于汽車(chē)行業(yè)。
近期，Dialog半導體公司工業(yè)應用IC副總裁Raphael Mehrbians在接受EE Times Europe采訪(fǎng)時(shí)，分析了CBRAM的重要性，談到了Dialog在收購Adesto之后采取的戰略。與格芯的合作證明了該技術(shù)得以很好地使用。
與傳統的嵌入式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準邏輯中，還意味著(zhù)進(jìn)出陣列的數據路徑的電壓相對較低。為了從存儲器中讀取數據，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準CMOS工藝中集成（圖片來(lái)源：Dialog半導體公司）
● 該技術(shù)的主要電氣特性可以總結如下：
● 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)運動(dòng)來(lái)改變狀態(tài)。
● 邏輯1由具有導通時(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、10年數據存儲。
● 高熱穩定性，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。對于需要低電壓/低功耗NVM的嵌入式系統而言，這是很重要的優(yōu)勢。CBRAM簡(jiǎn)單的單元結構僅通過(guò)增加幾道后道工序的掩膜即可方便地插入標準CMOS邏輯中，顯著(zhù)低于傳統嵌入式閃存所需的數量。與其他NVM技術(shù)相比，后道工序的插入還提供了優(yōu)越的可擴展性。”Mehrbians說(shuō)。
CBRAM將于2022年在格芯的22FDX平臺上作為嵌入式NVM選項提供投入生產(chǎn)。當電源斷開(kāi)時(shí)，像RAM（隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器）這樣的易失性存儲器會(huì )丟失它們存儲的數據，而NVM會(huì )在電源斷開(kāi)后保存存儲在其中的數據。
“傳統嵌入式NVM的挑戰包括：擴展到28nm以下的先進(jìn)工藝節點(diǎn)、傳統CMOS的成本顯著(zhù)增加、 以及在訪(fǎng)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半導體公司）
他補充說(shuō)：“該技術(shù)適用的應用包括先進(jìn)MCU、連接性產(chǎn)品和安全性應用。這些通常是更智能的終端設備所要求的，這些設備需要更多的智能（AI），以及安全性和先進(jìn)通信協(xié)議，如NB-IoT。”
Dialog強調了嵌入式NVM與外部存儲器相比的優(yōu)勢，主要是因為IO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設計，提高安全性，或者可以對單元進(jìn)行調整以用于新的應用。
作者：Maurizio Di Paolo Emilio，EE Times Europe
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