物聯網、大數據、人工智能，在某種程度上已經是現代科技的有力代名詞。2019年7月25日應用材料公司的新產品說明會上，應用材料公司半導體中國區(qū)事業(yè)部總經理、首席技術官趙甘鳴博士及應用材料公司金屬沉積產品全球產品經理周春明博士為《電子產品世界》記者介紹了應用材料公司新型芯片制造系統(tǒng)。新系統(tǒng)以原子級的精度沉積新型材料，從而解決生產以MRAM、ReRAM和PCRAM為代表的新型存儲器的核心難題，加速面向物聯網(IoT)和云計算的工業(yè)應用進程。

　　應用材料公司金屬沉積產品全球產品經理 周春明博士（左）

　　應用材料公司半導體中國區(qū)事業(yè)部總經理、首席技術官 趙甘鳴博士(右)

“摩爾定律”準確定義：性能÷功率÷（面積x成本）

眾所周知，“摩爾定律”持續(xù)推動半導體產業(yè)發(fā)展。然而在過去幾年，技術節(jié)點的提升卻在逐漸的減緩，目前整體趨勢已經越來越逼近極限?，F階段從14納米到10納米，需要近四年的時間，從10納米到7納米、5納米，時間之長投入之大更是不言而喻。半導體產業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)是成本越來越高、時間越來越長，實現的性能提高的幾率越來越小。所以在物聯網、工業(yè)4.0、人工智能時代，目前的計算架構已經無法滿足未來發(fā)展的需求。

　?。▓D片來源：應用材料公司）

我們所認知的“摩爾定律”指的是，集成電路上可容納的晶體管的數量，約每隔18~24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。然而在目前狀態(tài)下，在實現上不僅僅依靠算力、晶體管數，其決定性的關鍵參數也更加精密復雜。

“摩爾定律”現在準確的定義是：性能÷功率÷（面積x成本），通過公式計算后得出的結果如果在兩倍的節(jié)點上，這就是節(jié)點、制程的躍進。目前實現延續(xù)“摩爾定律”主要依靠的是新架構、新材料或利用加速器提高算力的方式。

目前，應用材料公司已經做到了顯著提高晶體管的性能。應用材料公司目前致力于在材料工程的基礎上解決關鍵技術問題、實現產品需求。

新型存儲器助力物聯網、云計算

新型的存儲器包括MRAM、ReRAM、PCRAM，和傳統(tǒng)存儲器相比，后者具有許多獨特的功能和優(yōu)勢。新型存儲器與傳統(tǒng)存儲器結合優(yōu)勢在于，不僅可以利用新型存儲器與現有的構建模塊相結合，同時新型存儲器也可以替未來的科技發(fā)展打下良好基礎。

（圖片來源：應用材料公司）

MRAM（磁性隨機存取存儲器）其架構比較簡單，它的存儲單元可以直接嵌入后端的互聯當中，因此不額外占用“硅”的面積，可嵌入到邏輯的電路中，保證體積的小巧。PCRAM和ReRAM方面，PCRAM是相變隨機存取存儲器， ReRAM是電阻隨機存取存儲器。兩類存儲器與MRAM類似可以做嵌入式應用，但其主要優(yōu)勢在于可以和NAND一樣實現3D的架構不受限于兩維，從而增大容量、降低成本。

針對物聯網一般采用邊緣終端、邊緣設備。目前架構是邏輯與SRAM之后加入閃存用來存儲算法、軟件、代碼。最關鍵的性能參數在功耗方面，功耗決定使用時長。

　?。▓D片來源：應用·材料公司）

新型存儲器MRAM目前可以部分替代SRAM，相比之下SRAM的耗電量比較大（SRAM不工作狀態(tài)下依舊耗電、漏電），如果運用在邊緣計算或物聯網方面，SRAM待機狀態(tài)下的能耗較高。閃存方面大同小異，功耗依舊是最大的顧慮。MRAM則不同，可以同時降低兩方功耗，MRAM在待機狀態(tài)不耗電（非易失性存儲器）。另外，其價格也要低于閃存。

應用材料公司新型 Endura? 平臺有效助力計算行業(yè)

應用材料公司半導體產品事業(yè)部高級副總裁兼總經理 Prabu Raja 博士表示：“廣泛的產品組合為我們帶來得天獨厚的優(yōu)勢，使我們能成功地將多種材料工程技術與機載計量技術相集成，打造出前所未有的新型薄膜和結構。這些集成化平臺充分展示了新材料和 3D 架構能夠發(fā)揮關鍵的作用，并以全新的方式幫助計算行業(yè)優(yōu)化性能、提升功率并降低成本?！?/p>

應用材料公司的新型 Endura? Clover? MRAM PVD 平臺由 9 個特制的工藝反應腔組成，這些反應腔全部集成在高度真空的無塵環(huán)境下。這是業(yè)內首個用于大規(guī)模量產的 300 毫米 MRAM 系統(tǒng)，其中每個反應腔最多能夠沉積五種不同材料。MRAM 存儲器需要對至少 30 層的材料進行精確沉積，其中有些層的厚度比人類的發(fā)絲還要薄 500,000 倍。即使僅有原子直徑幾分之一的工藝變化，也會極大地影響器件的性能和可靠性。Endura? Clover? MRAM PVD平臺引入了機載計量技術，能夠以亞埃級靈敏度對所產生的 MRAM 層的厚度進行測量與監(jiān)控，從而確保實現原子級的均勻度并規(guī)避接觸外界環(huán)境的風險。

（圖片來源：應用材料公司）

對于PCRAM 和 ReRAM的制造，應用材料公司專門為 PCRAM 和 ReRAM 打造的 Endura? Impulse? PVD 平臺包含九個真空工藝反應腔，并集成了機載計量技術，能夠對這些新型存儲器中使用的多組分材料進行精確沉積和控制。

（圖片來源：應用材料公司）

“能夠對 ReRAM 存儲器中使用的新材料進行非常均勻的沉積，是最大程度提升器件性能、可靠性和耐用性的關鍵所在?！盋rossbar 公司首席執(zhí)行官兼聯合創(chuàng)始人 George Minassian 表示，“與存儲器和邏輯領域的客戶開展 ReRAM 技術合作時，我們會指定使用應用材料公司搭載機載計量技術的Endura? Impulse? PVD平臺，因為這款平臺在上述重要指標上都實現了巨大突破。”

小結

隨著人工智能和大數據的發(fā)展，摩爾定律擴展的趨緩，造成硬件開發(fā)和投資的復興。如MRAM、ReRAM 和PCRAM等新的存儲器技術興起，便是芯片與系統(tǒng)設計人員都致力研究的關鍵領域。這些新型存儲器提供更多工具來增強近存儲器計算(Near Memory Compute),也是下一-階段存儲器內計算(In-Memory Compute)的建構模組。

對于提高需算效率方面，新型存儲器的介入不失為一大助力，新型存儲器所面臨的痛點在于實現大規(guī)模量產也就是制造方面的挑戰(zhàn)。此次應用材料公司發(fā)布的兩款Endura系統(tǒng)，配合機載計量技術得以協助新型存儲器的大規(guī)模量產成為可能。