Tracciamento delle Memorie Emergenti di Oggi per i Sistemi Embedded

Quando la maggior parte dei progettisti sente la parola "memoria" nel contesto dell'elettronica, probabilmente pensa a Flash o DDR3/4. Queste tecnologie sono certamente popolari, ma altre tecnologie emergenti stanno facendo strada per sistemi embedded specifici per applicazioni. Anche mentre la specifica DDR5 sta uscendo dalle stampe, le memorie legacy avranno ancora il loro posto in certe applicazioni embedded.

Per i progettisti di sistemi embedded, c'è una ricchezza di opzioni di memoria disponibili per i nuovi sistemi. Nuovi prodotti vengono rilasciati attraverso vari tipi di memoria, anche mentre i maggiori fornitori di memoria si concentrano su clienti più grandi con minori quantità di numeri di parte. Ironia della sorte, alcuni di questi nuovi prodotti di memoria emergente non sono affatto nuovi poiché i vecchi tipi di memoria hanno ancora un ruolo da giocare nei nuovi prodotti.

Abbinare Memorie Legacy ed Emergenti alle Applicazioni

La memoria è uno di quei componenti che non scomparirà, anche se un tipo di memoria più avanzato arriva sul mercato. Mentre grandi aziende come Samsung hanno etichettato i loro precedenti prodotti DDR EOL e si sono concentrati sul più recente e migliore, piccole aziende hanno fatto un passo avanti con ampi portafogli di prodotti che includono tutto, dalla NAND flash alla DDR2. I progettisti di sistemi embedded possono ancora accedere a questi prodotti precedenti, sia come chip ad alta capacità autonomi sia integrati nei processori.

Anche mentre le principali aziende di semiconduttori si concentrano sulle nuove iterazioni di tecnologia provata (ad es., DDR5 e presto DDR6), tipi sperimentali di memoria volatile e non volatile sono oggetto di intensa ricerca e commercializzazione. L'obiettivo è sviluppare prodotti che possano supportare tecnologie future come l'IA, l'edge computing, auto a guida autonoma, e altri dispositivi che potremmo non avere concepito. La tabella sottostante mostra alcune di queste aree di applicazione per memorie più vecchie e più nuove a confronto.

Memoria Emergente per Prodotti Embedded

Con la gamma di applicazioni di memoria così diversificata come le linee di prodotto sul mercato, è improbabile che una qualsiasi di queste sostituirà DDR4 e superiori per il calcolo generico. Invece, date le caratteristiche uniche dei prossimi tipi di RAM, è probabile che saranno confinate ad alcune applicazioni di nicchia nei sistemi embedded, nei data center, nei dispositivi mobili, nei sistemi intelligenti e in molte altre aree. Vediamo alcuni di questi tipi di memoria emergente.

FRAM e MRAM

Queste due tecnologie valgono la pena di essere confrontate poiché sono entrambe magnetiche, ma MRAM è decisamente più avanzata e mirata ad applicazioni più avanzate. È vero che sul mercato sono disponibili moduli FRAM non volatili, ma sono fermi a 4-8 MB. I cicli di lettura/scrittura di FRAM sono anche distruttivi con bassa latenza (~50 ns), quindi questi moduli non sono applicabili per sistemi ad alta velocità, ad alta capacità. Alcune aree di applicazione includono:

• Dispositivi medici

• Elettronica indossabile

• Array di sensori IoT

• Prodotti automobilistici e industriali

L'adozione di MRAM è bassa, ma solo perché non è sul mercato da molto tempo e le fonderie stanno ancora investendo nella capacità produttiva per soddisfare la domanda prevista. MRAM memorizza ogni bit di dati come un orientamento magnetico, e applicando una tensione dà a un dispositivo MRAM una certa probabilità di cambiare stato. Questo è effettivamente utile in un'applicazione come il networking neurale, dove l'inizializzazione casuale dei pesi potrebbe essere utilizzata per sistemi AI integrati. Questa tecnologia può essere utile in ASIC e SoC AI a basso consumo, in particolare all'interno del blocco di calcolo AI.

ReRAM

Attualmente, il ReRAM da 40 nm ha raggiunto la qualificazione tecnica per l'uso in prodotti di consumo, e il ReRAM da 22 nm è in produzione a rischio dal 2019. Portare il ReRAM ad alta densità in applicazioni pratiche richiede il superamento di una serie di sfide tecniche e produttive, quindi non dovremmo aspettarci che la prossima generazione di laptop funzioni con ReRAM.

L'attuale applicazione ideale per gli array di memoria ReRAM a bassa densità è per l'elaborazione parallela di reti neurali nel calcolo convenzionale. Con il Flash come principale concorrente, il ReRAM offre una latenza di lettura/scrittura più veloce e un minor consumo di energia, rendendolo utile in sistemi integrati che richiedono un accesso rapido alla memoria in applicazioni ad alto calcolo. Tuttavia, è improbabile che il ReRAM sostituisca il NAND Flash poiché presenta proprie difficoltà produttive che potrebbero mantenere alti i costi. Applicazioni più avanzate come l'analisi in tempo reale avrebbero bisogno di qualcosa di più veloce con alta capacità, come il PCRAM.

PCRAM

I prodotti commercializzati PCRAM risalgono ai primi anni 2000, ma la memoria a cambiamento di fase è finalmente uscita dalla categoria "emergente" grazie a una maggiore adozione della RAM non volatile 3D Xpoint di Intel (Intel Optane, vedi sotto). Questa tecnologia è forse il miglior candidato per abilitare l'immagazzinamento di dati massivi a livello nanometrico consentendo allo stesso tempo un'integrazione 3D estrema. Tuttavia, a causa dell'incisione e della litografia estremamente precise richieste per sviluppare qualcosa come Xpoint, i costi diventano proibitivi rispetto ad altre tecnologie. Tuttavia, IBM vede il valore nel PCRAM come blocco di memoria nei sistemi AI integrati, in particolare se può essere integrato a livello di chip.

I prodotti di memoria emergenti si prevede che produrranno 36 miliardi di dollari in entrate combinate entro il 2030, con una crescita distribuita attraverso aree di applicazione integrate. Anche se è allettante pensare a una di queste tecnologie come un “vincitore” nei mercati della memoria, ognuna di queste tecnologie ha il suo posto nel panorama integrato.

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