NRAM能给现有技术带来威胁吗？

2020-12-07 14:00:44 来源: 半导体行业观察

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来源：内容转载自公众号「企业存储技术」，作者：唐僧 huangliang，谢谢。

谈到新一代非易失内存（NVRAM）/存储级内存（SCM），ReRAM（忆阻器）、PCM（相变内存）、MRAM（磁性内存）这些新技术，我就想起5年前写的《 从技术到应用：揭开3D XPoint Memory 迷雾》。其中提到后来的Intel Optane（傲腾）应该属于PCM。

ReRAM到现在还没动静。MRAM（包括增强的STT-MRAM）密度始终没上去，成本自然也下不来，这几年企业存储中的应用，我只看到IBM在SSD中用128MB MRAM替代了DRAM。

至于NRAM我之前几乎没怎么关注过，这次趁机补补课。

Nantero研发的NRAM使用了碳纳米管（CNTs）技术，读/写延时号称只有5ns，并且属于非易失性存储介质。

如上图，这里列出的NRAM每tile单元为64Kb，通过水平矩阵加上多层达到256Ktiles、16Gb的密度（应该是Die）。如此水平用来替代基于DRAM颗粒的NVDIMM看上去比较合适。

我查了之前的一些宣传， NRAM的性能应该与DRAM接近，寿命远高于NAND 和NOR闪存（按道理至少是3D XPoint的水平？），据说成本在量产后为DRAM的一半，但目前工艺应该只达到28nm 。

PPT 上的容量何时能做到？

按照这个路线图（如果能实现的话），14nm NRAM的密度能达到28nm的8倍，同时引入8-die堆叠；如果到了 7nm 工艺密度还能再提高4倍，达到单个Die 256-512Gb的水平；加上 16-die堆叠应该就是512GB-1TB的芯片密度，只是不知何时能达到？

问题是，如今成熟的DRAM工艺还在10nm之上，而除了富士通之外，我还没看到哪家DRAM制造商宣传过自己在做NRAM。而富士通显然已经不算半导体存储一线大厂（ 20多年前我在中关村还曾接触过Fujitsu内存条 ）。

Memory Class Storage（内存级存储）这样的叫法看着有点怪，可能是因为NRAM在容量上画的这个饼太大吧：）单die密度如果真的达到512Gb，每条NRAM DIMM内存条就可以做到16TB，不过Nantero这次的ppt自始至终没有提价格和时间点。

至少NRAM的成本低于3D XPoint是不太可能了，至于性能下面倒是有一点描述。

性能和功耗优势

由于不需要像SDRAM那样耗电刷新等，在相同时钟频率下NRAM还能提高15%的吞吐带宽。Nantero估计认为DDR5是个爆发点，但也没有说当前NRAM能跑到的确切频率。

按照72-bit（ECC）DDR4内存模组来做对比，NRAM不像DRAM在读写刷新和自我刷新时有那么大功耗，因此可以简化电源设计和散热。

NRAM 的应用和商业模式

我试着做了下面这个对比表，如有不足欢迎大家拍砖。

	DRAM	3D XPoint	NRAM	NAND 闪存
非易失性	No	Yes	Yes	Yes
性能	高	中	高？	低
写寿命	高	较高	高？	较低
存储密度	低	中	？	高
单位功耗	高	较高	较低？	低
成本	高	1/3 DRAM	1/2 DRAM？	低
技术成熟度	高	较高	？	高

推荐扩展阅读《 专辑：Optane （傲腾）、非易失内存 》

如果NRAM真是一颗可以赚钱的大树，Nantero还要去搞HBM、LPDDR等各种NVRAM吗？

从技术角度，如果NRAM真的能达到接近DRAM的性能和密度，即使价格没有便宜一半，直接替代主内存带来的好处倒是也不少。甚至不需要像Optane Persistent Memory持久内存那样的Memory Mode了。

以3D XPoint Memory为代表，基于存储级内存的NVRAM密度已经超过DRAM，未来可望达到8倍乃至更高。只是不知NRAM能否真的成为这个市场的搅局者？

参考资料 ：

https://www.snia.org/sites/default/files/SDC/2020/014-Gervasi-Update-JDEC-DDR5.pdf

FRAM 、 ReRAM 、 NRAM 三类存储器的特点及应用

https://www.ednchina.com/news/20180419NRAM.html

富士通量产新型内存 NRAM 性能是 DRAM1000 倍

https://digi.tech.qq.com/a/20160902/064686.htm

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PPT 上的容量何时能做到？

性能和功耗优势

NRAM 的应用和商业模式

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