Neue Erinnerungen schaffen: 22nm eMRAM ist bereit, eFlash zu verdrängen

von: Martin Mason

Ein greifbares Ergebnis dieses Engagements ist unsere 22-nm-FD-SOI (22FDX®)-Embedded-MRAM-Technologie für nichtflüchtige Speicher (NVM), die bei mehreren großen IoT-Kunden in die Pilotproduktion gegangen ist.

Die eingebettete STT-MRAM-Technologie (spin-transfer torque magnetoresistive RAM), die in Zusammenarbeit mit Everspin Technologies, Inc. zielt auf IoT, Allzweck-Mikrocontroller, Automotive, Edge AI und andere Anwendungen ab, bei denen ein stromsparender Betrieb und eine schnelle, robuste, nichtflüchtige Code- und Datenspeicherung eine wichtige Voraussetzung sind.

Die eMRAM-Technologie von GF ist einzigartig, da es sich um eine robuste MRAM-Lösung handelt, die als hochvolumiger Ersatz für Embedded Flash (eFlash) entwickelt wurde. Sie hat strenge Produktionstests unter realen Bedingungen bestanden und ermöglicht eine dauerhafte Datenspeicherung und Ausdauer bei hohen Temperaturen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Mikrocontroller-Anwendungen und drahtlos vernetzte IoT-Geräte, bei denen der eingebettete Speicher Code und Daten bei hohen Temperaturen beibehalten muss, einschließlich des Reflow-Lötens bei 260 °C während der Leiterplattenmontage. Er bietet außerdem um eine Größenordnung schnellere Lösch- und (Wieder-)Schreibgeschwindigkeiten als eFlash (200 Nanosekunden gegenüber 10 Mikrosekunden), bei vergleichbaren Lesegeschwindigkeiten, was in vielen Anwendungen einen Leistungsvorteil gegenüber eFlash bedeutet.

Obwohl zunächst der energieeffiziente 22FDX-Prozess von GF zum Einsatz kommt, wird MRAM in "Back-End-of-Line"-Metallisierung eingesetzt, was eine robuste Roadmap mit geplanten Derivaten sowohl auf FDX™- als auch auf GFs FinFET-Technologie ermöglicht. Das liegt daran, dass STT-MRAM als Speichertechnologie Prozessvariationen zulässt, die zur Abstimmung der Speicher-Bitzelle genutzt werden können. Dementsprechend gehen wir davon aus, dass wir zwei "Geschmacksrichtungen" von eMRAM anbieten werden: eMRAM-F auf 22FDX für die Code-/Datenspeicherung im Moment und eMRAM-S als Arbeitsspeicher, um SRAM auf 1x-Knoten in der Zukunft zu ergänzen.

GF betreibt derzeit Multi-Projekt-Wafer (MPWs) mit 22FDX-basierten eMRAM-F-Designs für mehrere Kunden, und in den nächsten drei Quartalen sind mehrere Produktions-Tape-outs geplant. Kundenspezifische Design-Services sind bei GF und unseren Design-Partnern erhältlich, und Design-Kits für den 22FDX eMRAM-Prozess sind mit Makro-Dichten von 4 MB bis 32 MB für einzelne Makros verfügbar. Ein 48-MB-Makro soll ebenfalls in 4Q19 auf den Markt kommen.

Die Industrie befindet sich in einer Übergangsphase

Das große Interesse an alternativen eingebetteten NVM-Technologien ist darauf zurückzuführen, dass sich die Branche derzeit in einer Übergangsphase befindet: Der 28-nm-Knoten ist möglicherweise der letzte kosteneffiziente Knoten für eFlash, und der Übergang zu 22-nm-Geometrien macht es zwingend erforderlich, eine Alternative zu finden, die für neue und schnell wachsende Low-Power-Anwendungen geeignet ist.

Viele neue eNVM-Speichertechnologien sehen interessant aus, sind aber noch nicht produktionsreif. RRAM (Resistive RAM) zum Beispiel, das Daten durch Änderung des elektrischen Widerstands eines Dielektrikums speichert, ist Gegenstand zahlreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, aber seine Reife auf 2xnm-Prozessknoten schränkt seine Einführung ein. Ebenso wird die Einführung von PCM-Speicher durch die fehlende Unterstützung von foundry unterhalb von 28nm begrenzt.

Quelle: GF

Im Gegensatz dazu ist eMRAM von GF eine besonders überzeugende und zeitgemäße Lösung. Obwohl die Technologie komplex ist und einen erheblichen Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung und den Einsatz erfordert hat, bietet sie eine enorme Leistung und Vielseitigkeit. Neben den Leistungsvorteilen, die sich aus der Kombination des stromsparenden FDX-Silizium-auf-Isolator-Verfahrens mit eMRAM ergeben, verfügt das FDX-Verfahren von GF auch über branchenführende RF-Konnektivitätsfähigkeiten, und es ist umfangreiches IP von GF verfügbar. Dies alles ermöglicht die Bereitstellung einer einzigartigen Lösung mit hoher Leistung, hoher Integration, geringem Stromverbrauch und geringer Größe, die den Kunden einen enormen Mehrwert bietet.

Mit dem 22-nm-eMRAM-Produkt befindet sich GF bereits in der dritten Generation der MRAM-Technologie und hat im Rahmen einer gemeinsamen Entwicklungsarbeit auch die eigenständigen 256-Mb-40-nm- und 1-Gb-28-nm-MRAM-Produkte von Everspin hergestellt.

Neben der eMRAM-Technologie bietet GF seinen Kunden auch eingebettete eFlash- und System-in-Package-Flash-Speicher (SIP-Flash) an, die in verschiedenen Technologien von 130 nm bis 28 nm gefertigt werden, um eine breite Palette von Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

Eine erfolgreiche Strategie

Die Einführung der 22FDX eMRAM-Technologie ist ein Beleg für den Erfolg der Bemühungen von GF, verstärkt in Bereiche zu investieren, in denen wir uns klar von unseren Mitbewerbern abheben und in denen wir für unsere Kunden einen großen Mehrwert schaffen können.

Über den Autor

Martin Maurer

Martin Maurer

Martin Mason ist Senior Director des Bereichs Leading-Edge eNVM bei GLOBALFOUNDRIES. Vor seinem Eintritt in das Unternehmen war er bei Maxim Integrated Products als Executive Director für Core Products und Precision Conversion Solutions tätig. Davor arbeitete er in den Bereichen Produktmarketing und Design/Application Engineering bei Atmel, Actel, Concurrent Logic und GEC Plessey Semiconductors. Er ist Absolvent der Universität von Newcastle upon Tyne in England.