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中天弘宇&中宇天智:十余年研发攻克核心技术难点,为NOR闪存注入新动力

闪存是存储的重要介质之一。作为闪存芯片的两大体系,NOR闪存的市场份额却仅有NAND闪存的十分之一,差距悬殊。自2005年起,NOR闪存技术便遇到了瓶颈,存储密度较低、成本始终居高不下,制约了其应用和市场份额的拓展。

如今,闪存市场的格局终于有望被改写!创新NOR发明人、中天弘宇集成电路有限责任公司首席科学家王立中博士经过十余年的研发积累,带领研发团队完成了对原有NOR闪存机理和结构创新,解决了成本高、容量小等重大缺陷,NOR闪存的记忆单元面积可实现和NAND闪存一样的理论最小值4F2。这意味着,一度未被开发的高密度存储市场终于被打开。12月17日在东京举办的“中日闪存技术交流会”上,中天弘宇集成电路有限责任公司(以下简称:中天弘宇)和中宇天智集成电路(上海)有限公司(以下简称:中宇天智)带来了潜心研发十余年的首项成果——嵌入式NOR闪存。

技术的突破在业内引起了巨大的反响,交流会吸引了日本集成电路行业知名厂商、供应商及合作伙伴。日本众议院议员、前环境大臣原田义昭,日本经济产业省前审议官、日本中小企业协会前会长井出亚夫,日本瑞穗证券董事长中村康佐,中国政府驻日本大使馆商务处、科技处相关领导等重要嘉宾莅临“中日闪存技术交流会”。

NOR Flash发明人、原Intel副总裁Stefan Lai博士,DINOR闪存项目负责人、Pothos Semiconductor,Inc.CEO中岛盛义等闪存界的知名专家学者出席交流会并发表演讲。


市场份额止跌回升 重要性被重新定义

NAND和NOR分别诞生在1984年的东芝公司和1983年的英特尔。30年过后,NAND的制程工艺得到快速演进,目前已实现了3D工艺,可量产的最小制程已达14nm,成本也在不断降低,市场份额已占据整个闪存市场的90%以上。

而NOR闪存的发展就不那么顺利了,2005年,业界遇到了共同的难题,导致NOR闪存只延续摩尔定律发展了十代便无法进行下去。NOR闪存发明人、英特尔前副总裁Stefan Lai博士坦言,NOR闪存芯片曾经达到了50亿美金的市场份额,而目前的市场份额仅剩6%。由于穿通效应的存在,导致了传统结构的NOR无法使用更先进的工艺制程,难以突破90nm栅极长度的技术瓶颈。因此,现在市场在售的NOR普遍具有面积大、成本高、容量小等缺陷,只是在无法替换的关键环节(如BIOS、快速代码执行等)才不得不使用。三星、美光等巨头企业已经逐步退出NOR市场。


就在业内普遍唱衰NOR闪存时,行业机遇悄然光顾,新应用场景重新唤起了NOR闪存的使用需求。DINOR闪存项目负责人、Pothos Semiconductor, Inc. CEO中岛盛义在交流会上指出,自动驾驶、工业机器人、物联网、AI等的发展,对存储器提出了更高要求,虽然NAND的价格低廉,但可靠性、读取速度和抗高温性强都较差,很难在未来体量日趋增长的自动驾驶、工业机器人等领域实现应用。“未来的存储器市场还是围绕读取速度快、大容量、高可靠性的闪存芯片展开,NOR终于有了大展身手的机会”中岛盛义说。

受益于全新应用场景对需求的拉动,NOR闪存原有的存量市场被带动了起来,一批NOR闪存厂商,如中国台湾的旺宏、华邦,以及中国大陆的兆易创新等迅速崛起。集邦咨询数据显示,NOR闪存价格在2019年第三季度开始止跌回升,从旺宏、华邦和兆易的营收增长也能开出这一趋势,NOR闪存市场已经进入上行周期。

尽管许多传统的NOR闪存厂商已经尝到了甜头,但目前市面的产品仍然无法摆脱面积大、成本高、容量小等固有缺陷。Stefan Lai表示,尽管有了好的应用去推动,若仅仅沿用旧的技术去做,终将难以摆脱“昙花一现”的结局。

十余年创新 颠覆传统技术

谁能尽早突破NOR闪存的技术瓶颈、降低成本,谁就有机会拓展出更多高密度闪存应用市场,改写闪存的市场格局。

王立中博士经过十余年的研发积累,带领中天弘宇研发团队对原有NOR闪存机理和结构进行了革命性创新。据王立中介绍,他们的NOR闪存架构沿用了整个NOR的架构,但又与英特尔原始架构完全不同,提出了一个“非接触式虚地”的更简洁的设计方案,即在不影响cell速度特性的基础上,使“侧墙位线”通过最小尺寸浅沟槽自对准工艺进行制作;通过扭曲场氧化区来限制“侧墙位线”的长度,这种方式可以在保持最小cell面积的前提下,在一个金属线宽度内分别独立选取两个相邻的埋位线。

这样一来,创新后的架构可以解决NOR闪存栅极不能缩短至90nm以下的技术难题,使NOR闪存芯片的记忆单元面积有望达到与NAND闪存一样的理论最小值4F2,且成本有望缩减为现有产品的十分之一,摩尔定律可以继续在该产品上得以体现。

中天弘宇的研发团队于2013 年在联电进行110纳米、55纳米、40纳米逻辑先进制程的硅验证,并实现了1Mb容量NOR Flash芯片的首次成功流片。成功流片后,他们基于4F2NOR闪存的创新技术,率先推出了一款嵌入式NOR闪存。2017年,其研发成果开始运用在中天弘宇首颗MCU产品的设计上,实现了最低1V的超低电压设计。2019年6月,中天弘宇在华虹宏力进行了第二次流片。

Stefan Lai说:“NOR闪存非常适用于程序存储和快速读取。除了单机内存芯片,它也非常适合嵌入到MCU中。从现阶段的需求量来看,嵌入式NOR闪存将迎来最大的应用市场,特别是低于1伏电压的解决方案对于低功耗的物联网设备尤其有吸引力。”

王立中在交流会后接受《中国电子报》记者采访时表示,自动驾驶是当下汽车电子中技术潜力最大的应用场景,中天弘宇的首款嵌入式NOR闪存将率先应用在车用MCU、驱动IC、电源IC、嵌入式触控控制IC中,来提高防碰撞系统等一系列汽车电子操作系统性能。应用了创新后的嵌入式NOR闪存芯片,可稳定保存应急情况下的防碰撞策略算法,并在纳秒内发出防碰撞动作指令,确保车辆安全。

市场接纳产品指日可待

在Stefan Lai博士看来,新技术的成功问世后,还需要市场来接纳产品,这通常需要花上好几年的时间,目前要下大力气打造迎合市场的高性能产品让其他厂商都参与进来。

这也恰恰是中天弘宇&中宇天智将技术首先带到日本推广的原因。东芝NAND Flash团队核心成员、IEEE院士作井康司向《中国电子报》记者指出,创新后的NOR闪存将能很好地解决日本集成电路行业嵌入式闪存在MCU 等领域的应用困惑。

据王立中博士介绍,中天弘宇&中宇天智是国内为数不多的用国产存储芯片技术打通日本应用市场的企业。中天弘宇准备以此为契机,借助日本在集成电路行业高水准的原材料、研发工艺、丰富的人才储备以及潜力巨大的推广空间,尽快让市场接纳新的技术成果,同时推动器件向更小制程持续进取。

中国电子商会会长王宁指出,日本是闪存的诞生之地,也是掌握世界先进存储技术的重要国家之一,而中国是存储器最大的需求国,中日两国就闪存技术进行交流,定能促进中日两国闪存产业的深度合作和优势互补。



责任编辑:齐旭


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