本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自idtechex

新興內(nèi)存已不再只是未來(lái)的前景。在嵌入式系統(tǒng)中，它正在成為現(xiàn)實(shí)。

多年來(lái)，MRAM、ReRAM、FeRAM 和 PCM 等新興內(nèi)存技術(shù)一直被譽(yù)為顛覆性的解決方案，它們兼具閃存的持久性以及 DRAM 的速度和耐用性。這些技術(shù)有望顛覆傳統(tǒng)的內(nèi)存體系。然而，正如IDTechEx市場(chǎng)報(bào)告《新興內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù) 2025-2035：市場(chǎng)、趨勢(shì)與預(yù)測(cè)》中所探討的那樣，盡管擁有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但商業(yè)成功卻難以實(shí)現(xiàn)。英特爾和美光的 Optane就是一個(gè)典型例子，它引入了能夠彌合易失性?xún)?nèi)存和非易失性?xún)?nèi)存之間差距的 PCM技術(shù)。

盡管前景光明，Optane 卻未能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模化。根本問(wèn)題并非性能，而是經(jīng)濟(jì)因素。傳統(tǒng)內(nèi)存行業(yè)擁有數(shù)十年的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展和制造規(guī)模。任何新的內(nèi)存技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)量都很低，而且缺乏生態(tài)系統(tǒng)的支持。這造成了一個(gè)生產(chǎn)成本陷阱：產(chǎn)量低導(dǎo)致價(jià)格高，從而抑制了需求并阻礙了規(guī)模化。其結(jié)果是，即使技術(shù)本身非常先進(jìn)，也無(wú)法獲得發(fā)展動(dòng)力，最終導(dǎo)致自身無(wú)法實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。

許多新興存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)商不再繼續(xù)正面挑戰(zhàn)現(xiàn)有存儲(chǔ)器類(lèi)型，而是轉(zhuǎn)移了重心。他們?cè)絹?lái)越多地瞄準(zhǔn)嵌入式應(yīng)用，而嵌入式閃存和 NOR 閃存等傳統(tǒng)技術(shù)正難以跟上步伐。這些嵌入式解決方案廣泛應(yīng)用于微控制器和其他片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，隨著半導(dǎo)體工藝制程降至 28 納米以下，它們面臨著根本性的擴(kuò)展挑戰(zhàn)。相比之下，新興存儲(chǔ)器技術(shù)具有快速的訪問(wèn)時(shí)間、高耐用性、更高的能效和卓越的擴(kuò)展?jié)摿Α?/p>

嵌入式存儲(chǔ)器是指集成在片上系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器，而非作為獨(dú)立模塊存在。它用于微控制器、微處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列。這些嵌入式系統(tǒng)為汽車(chē)、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)和邊緣人工智能等領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持。隨著邏輯尺寸的縮小，嵌入式存儲(chǔ)器也必須隨之?dāng)U展，以保持性能和集成效率。新興存儲(chǔ)器提供了一條可行的發(fā)展路徑。它們支持更小的節(jié)點(diǎn)，在更低的電壓下工作，并提供低延遲訪問(wèn)，同時(shí)無(wú)需電源即可保存數(shù)據(jù)。這種組合對(duì)于下一代嵌入式設(shè)備至關(guān)重要。

這種向嵌入式集成的轉(zhuǎn)變已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)世界中獲得了巨大的發(fā)展勢(shì)頭。各大公司正在從研究階段轉(zhuǎn)向部署階段，這標(biāo)志著新興存儲(chǔ)器的商業(yè)可行性。Everspin Technologies 自主生產(chǎn) Toggle MRAM，并與 GlobalFoundries 合作，在 22 納米節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn) STT-MRAM 的商業(yè)化。Weebit Nano 正與 SkyWater Technology 和 GlobalFoundries 合作，將其 ReRAM 投入量產(chǎn)，用于嵌入式片上系統(tǒng) (SoC) 應(yīng)用。代工廠本身在這一轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。GlobalFoundries 和臺(tái)積電(TSMC)在其平臺(tái)中提供 22 納米 ReRAM。在技術(shù)前沿，三星展示了其 14 納米嵌入式 MRAM，聲稱(chēng)其擁有業(yè)界最節(jié)能的寫(xiě)入操作和迄今為止最小的 MRAM 單元尺寸（僅為 8 納米）。

推動(dòng)這一轉(zhuǎn)變的應(yīng)用多種多樣。在汽車(chē)領(lǐng)域，電子控制單元和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)需要能夠耐受高溫、提供低延遲并承受反復(fù)寫(xiě)入的內(nèi)存。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，嵌入式設(shè)備需要超低功耗和高數(shù)據(jù)保留率。在邊緣人工智能中，延遲成為一項(xiàng)關(guān)鍵的性能指標(biāo)。更快的嵌入式內(nèi)存可以顯著提升推理性能，并支持直接在設(shè)備上進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。新興的內(nèi)存技術(shù)完全有能力滿(mǎn)足所有這些需求。

將嵌入式存儲(chǔ)器擴(kuò)展到先進(jìn)節(jié)點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)代半導(dǎo)體設(shè)計(jì)至關(guān)重要。隨著片上系統(tǒng) (SoC) 架構(gòu)向 28 納米以下發(fā)展，嵌入式存儲(chǔ)器必須跟進(jìn)以避免成為瓶頸。更小的節(jié)點(diǎn)允許更高的存儲(chǔ)器密度，從而支持更復(fù)雜的處理任務(wù)，并減少對(duì)外部存儲(chǔ)器模塊的依賴(lài)。這可以帶來(lái)更高的性能、更低的功耗和更低的延遲。先進(jìn)節(jié)點(diǎn)還可以通過(guò)減少每位所需的硅片面積來(lái)提高成本效益。此外，現(xiàn)代 CMOS 工藝針對(duì)低壓操作進(jìn)行了優(yōu)化，新興存儲(chǔ)器比傳統(tǒng)閃存更適合此類(lèi)環(huán)境。

嵌入式人工智能和智能邊緣設(shè)備的興起進(jìn)一步加速了這一趨勢(shì)。邊緣計(jì)算系統(tǒng)越來(lái)越被期望能夠在本地處理數(shù)據(jù)、降低通信延遲并做出實(shí)時(shí)決策。這些系統(tǒng)需要快速、節(jié)能且非易失性的內(nèi)存。傳統(tǒng)的嵌入式內(nèi)存解決方案往往在一個(gè)或多個(gè)方面存在不足。MRAM 和 ReRAM 正在成為在這些環(huán)境中取代 NOR 閃存和嵌入式閃存的領(lǐng)先候選方案。它們具有快速的寫(xiě)入速度、低待機(jī)功耗和長(zhǎng)續(xù)航能力。它們還能隨著先進(jìn)的邏輯節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，從而能夠無(wú)縫集成到尖端芯片設(shè)計(jì)中。

雖然這些技術(shù)可能尚未準(zhǔn)備好大規(guī)模取代 DRAM 或 NAND，但它們?cè)谇度胧綉?yīng)用領(lǐng)域的成功展現(xiàn)了一條通往商業(yè)可行性的清晰道路。通過(guò)優(yōu)先瞄準(zhǔn)嵌入式系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)人員可以建立成熟的制造體系，建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，并在性能優(yōu)勢(shì)真正重要的領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟。嵌入式路線讓新興內(nèi)存能夠在實(shí)際應(yīng)用中證明自己，同時(shí)避免了成本和生態(tài)系統(tǒng)陷阱，這些陷阱曾阻礙了以往顛覆主流市場(chǎng)的嘗試。

新興內(nèi)存已不再只是未來(lái)的前景。在嵌入式系統(tǒng)中，它正在成為現(xiàn)實(shí)。

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