【台積電佈局新存儲技術】

近年來，在人工智能（AI）、5G等推動下，以MRAM（磁阻式隨機存取存儲器）、鐵電隨機存取存儲器 (FRAM)、相變隨機存取存儲器（PRAM），以及可變電阻式隨機存取存儲器（RRAM）為代表的新興存儲技術逐漸成為市場熱點。這些新技術吸引各大晶圓廠不斷投入，最具代表性的廠商包括台積電、英特爾、三星和格羅方德（Globalfoundries）。

那麼，這些新興存儲技術為什麼會如此受期待呢？主要原因在於：隨着半導體制造技術持續朝更小的技術節點邁進，傳統的DRAM和NAND Flash面臨越來越嚴峻的微縮挑戰，DRAM已接近微縮極限，而NAND Flash則朝3D方向轉型。

此外，傳統存儲技術在高速運算上也遭遇阻礙，處理器與存儲器之間的「牆」成為了提升運算速度和效率的最大障礙。特別是AI的發展，數據需求量暴增，「牆」的負面效應愈加突出，越來越多的半導體廠商正在加大對新興存儲技術的研發和投資力度，尋求成本更佳、速度更快、效能更好的存儲方案。

從目前來看，最受期待的就是MRAM，各大廠商在它上面投入的力度也最大。MRAM屬於非易失性存儲技術，是利用具有高敏感度的磁電阻材料製造的存儲器，斷電時，MRAM儲存的數據不會丟失，且耗能較低，讀寫速度快，可媲美SRAM，比Flash速度快百倍，在存儲容量方面能替代DRAM，且數據保存時間長，適合高性能應用。

MRAM的基本結構是磁性隧道結，研發難度高，目前主要分為兩大類：傳統MRAM和STT-MRAM，前者以磁場驅動，後者則採用自旋極化電流驅動。

另外，相較於DRAM、SRAM和NAND Flash等技術面臨的微縮困境，MRAM可滿足製程進一步微縮需求。目前，DRAM製程工藝節點為1X nm，已接近極限，而Flash走到20 nm以下後，就朝3D製程轉型了。MRAM製程則可推進至10nm以下。

在過去幾年裏，包括台積電、英特爾、三星、格羅方德等晶圓代工廠和IDM，相繼大力投入MRAM 研發，而且主要着眼於STT-MRAM，也有越來越多的嵌入式解決方案誕生，用以取代Flash、EEPROM和SRAM。

- 台積電

早在2002年，台積電就與工研院簽訂了MRAM合作發展計劃。近些年，該公司一直在開發22nm製程的嵌入式STT-MRAM，採用超低漏電CMOS技術。

2018年，台積電進行了eMRAM芯片的「風險生產」，2019年生產採用22nm製程的eReRAM芯片。

2019年，台積電在嵌入式非易失性存儲器技術領域達成數項重要的里程碑：在40nm製程方面，該公司已成功量產Split-Gate（NOR）技術，支持消費類電子產品應用，如物聯網、智慧卡和MCU，以及各種車用電子產品。在28nm製程方面，該公司的嵌入式快閃存儲器支持高能效移動計算和低漏電製程平台。

在ISSCC 2020上，台積電發佈了基於ULL 22nm CMOS工藝的32Mb嵌入式STT-MRAM。該技術基於台積電的22nm ULL（Ultra-Low-Leakage）CMOS工藝，具有10ns的極高讀取速度，讀取功率為0.8mA/MHz/bit。對於32Mb數據，它具有100K個循環的寫入耐久性，對於1Mb數據，具有1M個循環的耐久性。

它支持在260°C下進行90s的IR迴流焊，在150°C下10年的數據保存能力。它以1T1R架構實現單元面積僅為0.046平方微米，25°C下的32Mb陣列的漏電流僅為55mA。

目前，台積電已經完成22nm嵌入式STT-MRAM技術驗證，進入量產階段。在此基礎上，該公司還在推進16 nm 製程的STT-MRAM研發工作。

除了MRAM，台積電也在進行着ReRAM的研發工作，並發表過多篇基於金屬氧化物結構的ReRAM論文。

工研院電光所所長吳志毅表示，由於新興存儲技術將需要整合邏輯製程技術，因此現有存儲器廠商要卡位進入新市場，門檻相對較高，而台積電在這方面具有先天優勢，因為該公司擁有很強的邏輯製程生產能力，因此，台積電跨入新興存儲市場會具有競爭優勢。

據悉，工研院在新興存儲技術領域研發投入已超過10年，通過元件創新、材料突破、電路優化等方式，開發出了更快、更耐久、更穩定、更低功耗的新一代存儲技術，目前，正在與台積電在這方面進行合作。未來，台積電在新興存儲器發展方面，工研院將會有所貢獻，但具體內容並未透露。

- 三星

三星在MRAM研發方面算是起步較早的廠商，2002年就開始了這項工作，並於2005年開始進行STT-MRAM的研發，之後不斷演進，到了2014年，生產出了8Mb的eMRAM。

三星Foundry業務部門的發展路徑主要分為兩條，從28nm節點開始，一條是按照摩爾定律繼續向下發展，不斷提升FinFET的工藝節點，從14nm到目前的7nm，進而轉向下一步的5nm。

另一條線路就是FD-SOI工藝，該公司還利用其在存儲器製造方面的技術和規模優勢，着力打造eMRAM，以滿足未來市場的需求。這方面主要採用28nm製程。

三星28nm製程FD-SOI（28FDS）嵌入式NVM分兩個階段。第一個是2017年底之前的電子貨幣風險生產，第二個是2018年底之前的eMRAM風險生產。並同時提供eFlash和eMRAM（STT-MRAM）選項。

該公司於2017年研製出了業界第一款採用28FDS工藝的eMRAM測試芯片。

2018年，三星開始在28nm平台上批量生產eMRAM。2019年3月，該公司推出首款商用eMRAM產品。據悉，eMRAM模塊可以通過添加三個額外的掩膜集成到芯片製造工藝的後端，因此，該模塊不必要依賴於所使用的前端製造技術，允許插入使用bulk、FinFET或FD-SOI製造工藝生產的芯片中。

三星表示，由於其eMRAM在寫入數據之前不需要擦除週期，因此，它比eFlash快1000倍。與eFlash相比，它還使用了較低的電壓，因此在寫入過程中的功耗極低。

2018年，Arm發佈了基於三星28FDS工藝技術的eMRAM編譯器IP，包括一個支持18FDS (18nm FD-SOI工藝)的eMRAM編譯器。這一平台有助於推動在5G、AI、汽車、物聯網和其它細分市場的功耗敏感應用領域的前沿設計發展。

2019年，三星發佈了採用28FDS工藝技術的1Gb嵌入STT-MRAM。基於高度可靠的eMRAM技術，在滿足令人滿意的讀取，寫入功能和10年保存時間的情況下，可以實現90％以上的良率。並且具備高達1E10週期的耐久性，這些對於擴展eMRAM應用有很大幫助。

2019年底，Mentor宣佈將為基於Arm的eMRAM編譯器IP提供IC測試解決方案，該方案基於三星的28FDS工藝技術。據悉，該測試方案利用了Mentor的Tessent Memory BIST，為SRAM和eMRAM提供了一套統一的存儲器測試和修復IP。

- Globalfoundries（格羅方德半導體股份有限公司）

2017年，時任Globalfoundries首席技術官的Gary Patton稱，Globalfoundries已經在其22FDX（22nm製程的FD-SOI工藝技術）製程中提供了MRAM，同時也在研究另一種存儲技術。

由於Globalfoundries重點發展FD-SOI技術，特別是22nm製程的FD-SOI，已經很成熟，所以該公司的新興存儲技術，特別是MRAM，都是基於具有低功耗特性的FD-SOI技術展開的。

今年年初，Globalfoundries宣佈基於22nm FD-SOI 平台的eMRAM投入生產。該eMRAM技術平台可以實現將數據保持在-40°C至+125°C的温度範圍內，壽命週期可以達到100,000，可以將數據保留10年。該公司表示，正在與多個客户合作，計劃在2020年安排多次流片。

據悉，該公司的eMRAM旨在替代NOR閃存，可以定期通過更新或日誌記錄進行重寫。由於是基於磁阻原理，在寫入所需數據之前不需要擦除週期，大大提高了寫入速度，宏容量從4-48Mb不等。

- 英特爾

英特爾也是MRAM技術的主要推動者，該公司採用的是基於FinFET技術的22 nm製程。

2018年底，英特爾首次公開介紹了其MRAM的研究成果，推出了一款基於22nm FinFET製程的STT-MRAM，當時，該公司稱，這是首款基於FinFET的MRAM產品，並表示已經具備該技術產品的量產能力。

結語

由於市場需求愈加凸顯，且有各大晶圓廠大力投入支持，加快了以MRAM為代表的新興存儲技術的商業化進程。未來幾年，雖然DRAM和NAND Flash將繼續站穩存儲芯片市場主導地位，但隨着各家半導體大廠相繼投入發展，新興存儲器的成本將逐步下降，可進一步提升 MRAM等技術的市場普及率。

原文：
https://mp.weixin.qq.com/s/sMZ0JwclWf1zAEPkW8Rn0Q

《舊文複習》一般的電容(capacitor)在發生微破裂(micro crack)的時候大多會產生開路的現象，並造成絕緣阻抗(IR, Insulation Resistance)升高的問題，可是多層陶瓷電容(MLCC)在終端使用者手上發生微破裂時，卻常見其絕緣阻抗變小，產生漏電流(current leakage)的短路現象，歸咎其原因可能是由於其層狀的疊構在破裂時發生層與層之間短路的現象所造成。

《舊文閱讀》一般的電容(capacitor)在發生微破裂(micro crack)的時候大多會產生開路的現象，並造成絕緣阻抗(IR, Insulation Resistance)升高的問移，可是多層陶瓷電容(MLCC)在使用者手上發生微破裂時，確常見其絕緣阻抗變小，產生漏電流(current leakage)的短路現象，歸咎其原因可能是由於其層狀的疊構在破裂時發生層與層之間短路的現象。

萬用電表有NCV測感應電流的功能真不錯，可以測設備是否有電。

2019年12月31日撮影
岩見沢駅（いわみざわえき）
JR北海道　函館本線・室蘭本線
1884年（明治17年）8月15日に官営幌内鉄道の岩見沢フラグステーションとして開業。フラグステーションとは旗が立ててある時だけ停車する場所。乗車人や荷物がある時のみ旗を立てて停車させ、また下車する場合は車掌に申告した。
1891年（明治24年）7月5日に空知線（当駅 - 砂川駅 - 歌志内駅間）延伸開業。
1892年（明治25年）8月1日に室蘭線（当駅 - 室蘭駅間）延伸開業。
1906年（明治39年）10月1日に鉄道国有法により買収、国有化。
1975年（昭和50年）12月14日に室蘭本線、室蘭駅 - 岩見沢駅間で日本で最後の蒸気機関車牽引の定期旅客列車が運行される。
2000年（平成12年）12月10日に漏電による火災で3代目駅舎焼失、以後は24日に完成したプレハブ仮駅舎で営業。
2007年（平成19年）6月23日に複合駅舎暫定開業。
2009年（平成21年）3月30日に有明交流プラザ・有明連絡歩道完成により複合駅舎全面開業。
単式1面1線と島式2面4線を合わせた計3面5線を有する地上駅だが、跨線橋と駅舎3階の改札口が直結しているため構造的には橋上駅に近い。ホームのない副本線（2・5番線）もあり、2番線は主に貨物列車の発着、5番線は車両の留置などに使用される。夜間滞泊設定駅であり、7番線以降にも多数の側線を有する。
かつては戦後の高度成長期に増大した石炭貨物輸送量を支えるために、東日本最大の操車場も存在した。
2016年7月27日現在、交通系ICカードが利用できる日本最東端の駅である。
2014年（平成26年）から2018年（平成30年）の特定の平日の調査日における乗車人員平均は4,715.0人。
Iwamizawa Station
JR Hokkaido Hakodate Main Line, Muroran Main Line
Opened on August 15, 1884 as the Iwamizawa Flag Station of the Horonai Railway. A flag station is a place that stops only when the flag is up. The train was stopped with the flag raised only when there was passengers or luggage.
On December 14, 1975, Japan's last regular train operated by a steam locomotive runs between Muroran Station and Iwamizawa Station on the Muroran Main Line.
The third-generation station building was destroyed by a fire due to electrical leakage on December 10, 2000.
The complex station building was temporarily opened on June 23, 2007.
The complex station building was fully opened on March 30, 2009.
In the past, there was also the largest yard in eastern Japan to support the increased coal freight traffic during the postwar period of rapid growth.
As of July 27, 2016, it is the easternmost station in Japan where transportation IC cards can be used.
The average number of passengers on a particular weekday survey day from 2014 to 2018 was 4,715.
岩見澤站
JR北海道　函館本線，室蘭本線
1884年8月15日開放，作為幌內鐵道的岩見澤旗站。旗站是僅在旗升起時停止的站。僅當有乘客或行李時，火車才升起旗而停下來。
1975年12月14日，日本最後一列由蒸汽機車運營的普通旅客列車在室蘭本線的室蘭站與岩見澤站之間行駛。
2000年12月10日，第三代車站大樓因漏電而被大火燒毀。
綜合站大樓於2007年6月23日臨時開放。
綜合站大樓於2009年3月30日全面開放。
過去，日本東部還有最大的調車場，以支持戰後快速增長時期煤炭運輸量的增加。
截至2016年7月27日，它是日本可以使用交通IC卡的最東端的車站。
2014年至2018年某個特定工作日調查日的平均乘客人數為4,715。
岩见泽站
JR北海道　函馆本线，室兰本线
1884年8月15日开放，作为幌内铁道的岩见泽旗站。旗站是仅在旗升起时停止的站。仅当有乘客或行李时，火车才升起旗而停下来。
1975年12月14日，日本最后一列由蒸汽机车运营的普通旅客列车在室兰本线的室兰站与岩见泽站之间行驶。
2000年12月10日，第三代车站大楼因漏电而被大火烧毁。
综合站大楼于2007年6月23日临时开放。
综合站大楼于2009年3月30日全面开放。
过去，日本东部还有最大的调车场，以支持战后快速增长时期煤炭运输量的增加。
截至2016年7月27日，它是日本可以使用交通IC卡的最东端的车站。
2014年至2018年某个特定工作日调查日的平均乘客人数为4,715。
이와 미자와 역
JR 홋카이도 하코다테 본선 · 무로란 본선
1884 년 8 월 15 일에 개업.
1975 년 12 월 14 일에 무로란 본선 무로란 역 - 이와 미자와 역 사이에 일본에서 마지막 증기 기관차 견인 정기 여객 열차가 운행된다.
2000 년 12 월 10 일에 누전으로 인한 화재로 3 대째 역사 소실 이후 24 일에 완성 된 조립식 임시 역사에서 영업.
2009 년 3 월 30 일에 복합 역사 전면 개업.
2014 년부터 2018 년 특정 평일의 조사 일의 승차 인원 평균은 4,715.0 명.

2019年12月31日撮影
岩見沢駅（いわみざわえき）
JR北海道　函館本線・室蘭本線
1884年（明治17年）8月15日に官営幌内鉄道の岩見沢フラグステーションとして開業。フラグステーションとは旗が立ててある時だけ停車する場所。乗車人や荷物がある時のみ旗を立てて停車させ、また下車する場合は車掌に申告した。
1891年（明治24年）7月5日に空知線（当駅 - 砂川駅 - 歌志内駅間）延伸開業。
1892年（明治25年）8月1日に室蘭線（当駅 - 室蘭駅間）延伸開業。
1906年（明治39年）10月1日に鉄道国有法により買収、国有化。
1975年（昭和50年）12月14日に室蘭本線、室蘭駅 - 岩見沢駅間で日本で最後の蒸気機関車牽引の定期旅客列車が運行される。
2000年（平成12年）12月10日に漏電による火災で3代目駅舎焼失、以後は24日に完成したプレハブ仮駅舎で営業。
2007年（平成19年）6月23日に複合駅舎暫定開業。
2009年（平成21年）3月30日に有明交流プラザ・有明連絡歩道完成により複合駅舎全面開業。
単式1面1線と島式2面4線を合わせた計3面5線を有する地上駅だが、跨線橋と駅舎3階の改札口が直結しているため構造的には橋上駅に近い。ホームのない副本線（2・5番線）もあり、2番線は主に貨物列車の発着、5番線は車両の留置などに使用される。夜間滞泊設定駅であり、7番線以降にも多数の側線を有する。
かつては戦後の高度成長期に増大した石炭貨物輸送量を支えるために、東日本最大の操車場も存在した。
2016年7月27日現在、交通系ICカードが利用できる日本最東端の駅である。
2014年（平成26年）から2018年（平成30年）の特定の平日の調査日における乗車人員平均は4,715.0人。
Iwamizawa Station
JR Hokkaido Hakodate Main Line, Muroran Main Line
Opened on August 15, 1884 as the Iwamizawa Flag Station of the Horonai Railway. A flag station is a place that stops only when the flag is up. The train was stopped with the flag raised only when there was passengers or luggage.
On December 14, 1975, Japan's last regular train operated by a steam locomotive runs between Muroran Station and Iwamizawa Station on the Muroran Main Line.
The third-generation station building was destroyed by a fire due to electrical leakage on December 10, 2000.
The complex station building was temporarily opened on June 23, 2007.
The complex station building was fully opened on March 30, 2009.
In the past, there was also the largest yard in eastern Japan to support the increased coal freight traffic during the postwar period of rapid growth.
As of July 27, 2016, it is the easternmost station in Japan where transportation IC cards can be used.
The average number of passengers on a particular weekday survey day from 2014 to 2018 was 4,715.
岩見澤站
JR北海道　函館本線，室蘭本線
1884年8月15日開放，作為幌內鐵道的岩見澤旗站。旗站是僅在旗升起時停止的站。僅當有乘客或行李時，火車才升起旗而停下來。
1975年12月14日，日本最後一列由蒸汽機車運營的普通旅客列車在室蘭本線的室蘭站與岩見澤站之間行駛。
2000年12月10日，第三代車站大樓因漏電而被大火燒毀。
綜合站大樓於2007年6月23日臨時開放。
綜合站大樓於2009年3月30日全面開放。
過去，日本東部還有最大的調車場，以支持戰後快速增長時期煤炭運輸量的增加。
截至2016年7月27日，它是日本可以使用交通IC卡的最東端的車站。
2014年至2018年某個特定工作日調查日的平均乘客人數為4,715。
岩见泽站
JR北海道　函馆本线，室兰本线
1884年8月15日开放，作为幌内铁道的岩见泽旗站。旗站是仅在旗升起时停止的站。仅当有乘客或行李时，火车才升起旗而停下来。
1975年12月14日，日本最后一列由蒸汽机车运营的普通旅客列车在室兰本线的室兰站与岩见泽站之间行驶。
2000年12月10日，第三代车站大楼因漏电而被大火烧毁。
综合站大楼于2007年6月23日临时开放。
综合站大楼于2009年3月30日全面开放。
过去，日本东部还有最大的调车场，以支持战后快速增长时期煤炭运输量的增加。
截至2016年7月27日，它是日本可以使用交通IC卡的最东端的车站。
2014年至2018年某个特定工作日调查日的平均乘客人数为4,715。
이와 미자와 역
JR 홋카이도 하코다테 본선 · 무로란 본선
1884 년 8 월 15 일에 개업.
1975 년 12 월 14 일에 무로란 본선 무로란 역 - 이와 미자와 역 사이에 일본에서 마지막 증기 기관차 견인 정기 여객 열차가 운행된다.
2000 년 12 월 10 일에 누전으로 인한 화재로 3 대째 역사 소실 이후 24 일에 완성 된 조립식 임시 역사에서 영업.
2009 년 3 월 30 일에 복합 역사 전면 개업.
2014 년부터 2018 년 특정 평일의 조사 일의 승차 인원 평균은 4,715.0 명.