不久前，Dialog半導(dǎo)體公司與格芯（GLOBALFOUNDRIES）簽訂了協(xié)議，向其授權(quán)導(dǎo)電橋式隨機(jī)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(yīng)用范圍非常廣，從可穿戴設(shè)備到智能手機(jī)等。其性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在低功耗。

CBRAM技術(shù)由Dialog于2020年收購的Adesto Technologies首創(chuàng)并獲得專利。有了這項(xiàng)專利許可，格芯將在其22FDX平臺上提供這種配置，并在未來幾年將其擴(kuò)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(kuò)展了功能，以適用于光學(xué)和電氣設(shè)備。CBRAM存儲器是通過采用專利金屬化技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用。應(yīng)用范圍包括從5G到人工智能，這些領(lǐng)域?qū)ψx/寫速度有很高要求，但同時要求降低生產(chǎn)成本。像工業(yè)應(yīng)用這種需要對嚴(yán)苛環(huán)境有一定耐受能力的應(yīng)用也偏愛使用該技術(shù)，該技術(shù)也可用于汽車行業(yè)。

近期，Dialog半導(dǎo)體公司工業(yè)應(yīng)用IC副總裁Raphael Mehrbians在接受EE Times Europe采訪時，分析了CBRAM的重要性，談到了Dialog在收購Adesto之后采取的戰(zhàn)略。與格芯的合作證明了該技術(shù)得以很好地使用。

與傳統(tǒng)的嵌入式NVM不同，CBRAM技術(shù)不需要高電壓來改變記憶單元狀態(tài)。“這不僅使它能夠集成到標(biāo)準(zhǔn)邏輯中，還意味著進(jìn)出陣列的數(shù)據(jù)路徑的電壓相對較低。為了從存儲器中讀取數(shù)據(jù)，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。

CBRAM產(chǎn)品的截面展示了其易于在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中集成（圖片來源：Dialog半導(dǎo)體公司）

該技術(shù)的主要電氣特性可以總結(jié)如下：

CBRAM單元由1個選擇的晶體管和1個可編程非易失性電阻組成。

CBRAM是一種電化學(xué)單元，它通過原子的電動運(yùn)動來改變狀態(tài)。

邏輯1由具有導(dǎo)通時的低電阻單元表示。

邏輯0由具有截止時的高電阻單元表示。

通過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 擦寫次數(shù)、10年數(shù)據(jù)存儲。

高熱穩(wěn)定性，兼容回流焊

寫 @ <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(tǒng)而言，這是很重要的優(yōu)勢。CBRAM簡單的單元結(jié)構(gòu)僅通過增加幾道后道工序的掩膜即可方便地插入標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯中，顯著低于傳統(tǒng)嵌入式閃存所需的數(shù)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(kuò)展性。”Mehrbians說。

CBRAM將于2022年在格芯的22FDX平臺上作為嵌入式NVM選項(xiàng)提供投入生產(chǎn)。當(dāng)電源斷開時，像RAM（隨機(jī)訪問存儲器）這樣的易失性存儲器會丟失它們存儲的數(shù)據(jù)，而NVM會在電源斷開后保存存儲在其中的數(shù)據(jù)。

“傳統(tǒng)嵌入式NVM的挑戰(zhàn)包括：擴(kuò)展到28nm以下的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)、傳統(tǒng)CMOS的成本顯著增加、 以及在訪問時間和功耗方面的性能。”Mehrbians說。

圖2：CBRAM的工作原理（圖片來源：Dialog半導(dǎo)體公司）

他補(bǔ)充說：“該技術(shù)適用的應(yīng)用包括先進(jìn)MCU、連接性產(chǎn)品和安全性應(yīng)用。這些通常是更智能的終端設(shè)備所要求的，這些設(shè)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(qiáng)調(diào)了嵌入式NVM與外部存儲器相比的優(yōu)勢，主要是因?yàn)镮O沒有外露。在CBRAM中，實(shí)際上不可能通過物理分析來檢測記憶單元的狀態(tài)。此外，記憶單元的狀態(tài)不受磁場和輻射的影響（圖1和2）。

通過IP定制，客戶可以修改CBRAM單元來優(yōu)化他們的SoC設(shè)計(jì)，提高安全性，或者可以對單元進(jìn)行調(diào)整以用于新的應(yīng)用。

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