新兴存储，开始走嵌入式路线

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自idtechex

新兴内存已不再只是未来的前景。在嵌入式系统中，它正在成为现实。

多年来，MRAM、ReRAM、FeRAM 和 PCM 等新兴内存技术一直被誉为颠覆性的解决方案，它们兼具闪存的持久性以及 DRAM 的速度和耐用性。这些技术有望颠覆传统的内存体系。然而，正如IDTechEx市场报告《新兴内存和存储技术 2025-2035：市场、趋势与预测》中所探讨的那样，尽管拥有显著的技术优势，但商业成功却难以实现。英特尔和美光的 Optane就是一个典型例子，它引入了能够弥合易失性内存和非易失性内存之间差距的 PCM技术。

尽管前景光明，Optane 却未能实现商业化规模化。根本问题并非性能，而是经济因素。传统内存行业拥有数十年的生态系统发展和制造规模。任何新的内存技术进入市场时，产量都很低，而且缺乏生态系统的支持。这造成了一个生产成本陷阱：产量低导致价格高，从而抑制了需求并阻碍了规模化。其结果是，即使技术本身非常先进，也无法获得发展动力，最终导致自身无法实现增长。

许多新兴存储器开发商不再继续正面挑战现有存储器类型，而是转移了重心。他们越来越多地瞄准嵌入式应用，而嵌入式闪存和 NOR 闪存等传统技术正难以跟上步伐。这些嵌入式解决方案广泛应用于微控制器和其他片上系统设计，随着半导体工艺制程降至 28 纳米以下，它们面临着根本性的扩展挑战。相比之下，新兴存储器技术具有快速的访问时间、高耐用性、更高的能效和卓越的扩展潜力。

嵌入式存储器是指集成在片上系统中的存储器，而非作为独立模块存在。它用于微控制器、微处理器和现场可编程门阵列。这些嵌入式系统为汽车、工业、物联网和边缘人工智能等领域的应用提供支持。随着逻辑尺寸的缩小，嵌入式存储器也必须随之扩展，以保持性能和集成效率。新兴存储器提供了一条可行的发展路径。它们支持更小的节点，在更低的电压下工作，并提供低延迟访问，同时无需电源即可保存数据。这种组合对于下一代嵌入式设备至关重要。

这种向嵌入式集成的转变已经在现实世界中获得了巨大的发展势头。各大公司正在从研究阶段转向部署阶段，这标志着新兴存储器的商业可行性。Everspin Technologies 自主生产 Toggle MRAM，并与 GlobalFoundries 合作，在 22 纳米节点上实现 STT-MRAM 的商业化。Weebit Nano 正与 SkyWater Technology 和 GlobalFoundries 合作，将其 ReRAM 投入量产，用于嵌入式片上系统 (SoC) 应用。代工厂本身在这一转变中发挥着关键作用。GlobalFoundries 和台积电(TSMC)在其平台中提供 22 纳米 ReRAM。在技术前沿，三星展示了其 14 纳米嵌入式 MRAM，声称其拥有业界最节能的写入操作和迄今为止最小的 MRAM 单元尺寸（仅为 8 纳米）。

推动这一转变的应用多种多样。在汽车领域，电子控制单元和高级驾驶辅助系统需要能够耐受高温、提供低延迟并承受反复写入的内存。在物联网领域，嵌入式设备需要超低功耗和高数据保留率。在边缘人工智能中，延迟成为一项关键的性能指标。更快的嵌入式内存可以显著提升推理性能，并支持直接在设备上进行实时决策。新兴的内存技术完全有能力满足所有这些需求。

将嵌入式存储器扩展到先进节点对于现代半导体设计至关重要。随着片上系统 (SoC) 架构向 28 纳米以下发展，嵌入式存储器必须跟进以避免成为瓶颈。更小的节点允许更高的存储器密度，从而支持更复杂的处理任务，并减少对外部存储器模块的依赖。这可以带来更高的性能、更低的功耗和更低的延迟。先进节点还可以通过减少每位所需的硅片面积来提高成本效益。此外，现代 CMOS 工艺针对低压操作进行了优化，新兴存储器比传统闪存更适合此类环境。

嵌入式人工智能和智能边缘设备的兴起进一步加速了这一趋势。边缘计算系统越来越被期望能够在本地处理数据、降低通信延迟并做出实时决策。这些系统需要快速、节能且非易失性的内存。传统的嵌入式内存解决方案往往在一个或多个方面存在不足。MRAM 和 ReRAM 正在成为在这些环境中取代 NOR 闪存和嵌入式闪存的领先候选方案。它们具有快速的写入速度、低待机功耗和长续航能力。它们还能随着先进的逻辑节点扩展，从而能够无缝集成到尖端芯片设计中。

虽然这些技术可能尚未准备好大规模取代 DRAM 或 NAND，但它们在嵌入式应用领域的成功展现了一条通往商业可行性的清晰道路。通过优先瞄准嵌入式系统，开发人员可以建立成熟的制造体系，建立战略合作伙伴关系，并在性能优势真正重要的领域站稳脚跟。嵌入式路线让新兴内存能够在实际应用中证明自己，同时避免了成本和生态系统陷阱，这些陷阱曾阻碍了以往颠覆主流市场的尝试。

新兴内存已不再只是未来的前景。在嵌入式系统中，它正在成为现实。

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