就像一個遍體鱗傷的職業拳擊手，PCM不會屈服或放棄戰斗。盡管PCM因美光3D XPoint和英特爾Optane的不幸遭遇而鼻青臉腫，但由于意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST)和三星的合作，它已經在微控制器領域找到了自己的出路。早在2018年，意法半導體就宣布，它正在為汽車市場提供采用28nm FD-SOI工藝制造的嵌入式PCM (ePCM)微控制器。現在，意法半導體宣布了下一代帶有ePCM的汽車微控制器，由三星采用聯合開發的18nm FD-SOI工藝結合意法半導體的ePCM技術制造。

ST專門針對汽車行業的ePCM微控制器，因為汽車行業比大多數其他微控制器應用具有更嚴格的環境溫度要求。高溫是PCM的致命弱點。PCM利用材料在非晶態和多晶態之間轉換時的電阻變化：非晶態電阻高，多晶態電阻低。這兩種狀態創建了一個存儲單元。來自同一位置的加熱器的一個尖銳的、短的溫度峰值使PCM存儲介質呈現出非晶態，而一個較長的、較低的熱脈沖使材料轉變為多晶態，如下圖所示。

根據意法半導體的PCM網頁，該公司的PCM材料最高工作溫度為165℃，至少適用于該公司的18nm汽車微控制器。

下圖說明了PCM電池的設計。驅動這些PCM電池相變的加熱器是埋在下面的雙極晶體管。

將一個新的微控制器家族建立在一個有著悠久而粗略歷史的存儲器技術上似乎是有風險的，但ST是有辦法的。自20世紀70年代微控制器首次出現以來，除了硬ROM版本外，它們主要基于某種可擦PROM （EPROM）單元。最早的微控制器使用紫外線可擦除的EPROM （UV-EPROM）單元。IC供應商將這些第一批可擦除的微控制器封裝在帶有石英窗口的封裝中，以允許擦除和重用。為了降低設備的價格，他們會省略封裝窗口，用相同的微控制器芯片創建一次性可編程設備。后來，當半導體行業掌握了可電擦除的EEPROM和閃存EEPROM時，石英窗口的封裝完全消失了。

隨著行業沿著摩爾定律曲線下滑，閃存EEPROM單元的擴展并不好，這促使意法半導體尋找一種替代的非易失性存儲技術，該技術適用于使用更先進的半導體節點制造的微控制器。一些微控制器制造商已經將其微控制器轉向FeRAM或eMRAM。ST選擇了ePCM。

ST對PCM并不陌生。2008年，ST與英特爾合資成立了一家新的非易失性半導體存儲公司Numonyx。Numonyx存儲芯片使用閃存EEPROM或PCM存儲單元。這家新公司生產多種非易失性存儲器，專門生產NOR閃存。Numonyx在2010年推出了90nm PCM器件。同年，美光以價值12.7億美元的股票收購了Numonyx，并進入了PCM領域。美光很快停產了Numonyx PCM設備，后來又推出了與英特爾聯合開發的不同系列PCM存儲芯片。該公司將這些新的PCM設備命名為“3D XPoint”。英特爾推出了自己的3D XPoint PCM版本，名為Optane，將其打包成內存DIMM和SSD出售。

英特爾的Optane和美光的3D XPoint被定位為NAND閃存EEPROM的直接競爭對手，但PCM的經濟性和NAND閃存設備的快速發展從未允許3D XPoint和Optane產品在大型非易失性存儲器中具有成本競爭力。美光在2021年退出了PCM領域，英特爾在2022年關閉了Optane PCM。

ST對FD-SOI也并不陌生。該公司于2012年底開放了其28nm FD-SOI工藝的預生產訂單。大約在同一時間，ST和格芯宣布，格芯將生產基于ST 28納米和20納米FD-SOI工藝技術的集成電路。三星于2015年獲得ST的FD-SOI工藝技術許可，并于2022年宣布，他們將在ST位于法國Crolles的現有300毫米半導體工廠附近建立一個新的、聯合運營的、支持FD-SOI的300毫米半導體制造工廠。從這段短暫的歷史再回到ST最近發布的用于汽車應用的18nm FD-SOI微控制器。三星是該設備的初始代工廠，但ST/格芯在Crolles的合資工廠將作為替代制造來源。最近，隨著汽車客戶受到半導體供應鏈崩潰的重創，另一個供應來源看起來非常有吸引力。

ST一直對其新的18nm汽車微控制器的規格保持謹慎。新聞稿簡單地說：

基于該技術的首款微控制器將集成最先進的ARM Cortex-M內核，為機器學習和數字信號處理應用提供增強的性能。它將提供快速靈活的外部存儲接口，先進的圖形功能，并將集成眾多模擬和數字外設。它還將具有先進的、經過認證的安全功能，這些功能已經在ST最新的MCU上推出。”

當被問及處理器內核的名稱時，ST的一位發言人提供了一個間接的答案，他說Arm目前最先進的Cortex-M處理器內核是Cortex-M85。該Arm處理器核心集成了Arm的Helium矢量處理擴展，可以加速圖形、DSP和機器學習算法。與Arm的Neon SIMD矢量擴展相比，Helium是一種輕量級的矢量處理方法。Helium是一種比neon更輕的惰性氣體，因此被命名于Arm Cortex-M架構的擴展。

Arm的“最先進的Cortex-M”處理器在ST的新18nm微控制器上的運行速度有多快？同樣，ST沒有具體說明。但微控制器供應商和競爭對手瑞薩最近推出了一個基于Cortex-M85處理器核心的微控制器系列RA8D1，其時鐘頻率為480MHz。瑞薩電子使用22nm工藝技術制造RA微控制器，因此，ST 18nm FD-SOI微控制器中的Cortex-M85內核可能比它運行得更快。

同樣，ST的新聞稿沒有提到新的汽車微控制器中包含的PCM或RAM的數量。為了尋找線索，我們可以看看ST的上一代基于FD-SOI和PCM的汽車微控制器。這些器件采用ST的28納米Stellar微控制器系列。該家族中最大的成員是StellarSR6 P6，它包含六個Arm Cortex-R52+處理器內核，多達2.3兆字節的SRAM，以及多達16兆字節的PCM，其中15.5兆字節的PCM專用于存儲代碼和數據，0.5兆字節的PCM專用于微控制器的硬件安全模塊。StellarSR6 P6微控制器還具有15.5 MB的shadowPCM，以適應OTA更新。

在從28納米到18納米FD-SOI工藝技術的跳躍中，預計ST應該能夠輕松地將其新微控制器上的可用RAM和PCM數量增加一倍或四倍。最終，ST將為這些新的18nm FD-SOI微控制器提供附加信息的數據表。下一代FD-SOI工藝有望為業界（由三星、ST和格芯制造）提供一個新的有趣的應用，而PCM將進入下一輪半導體存儲器的價格之戰。

原文鏈接：

https://www.eejournal.com/article/st-rolls-a-new-fd-soi-microcontroller-with-phase-change-memory-pcm-for-automotive-applications/