今日の組み込みシステムにおける新興メモリの追跡

投稿日 2022/02/18, 金曜日
更新日 2024/07/1, 月曜日

電子機器の文脈で「メモリ」という言葉を聞くと、ほとんどの設計者はフラッシュメモリやDDR3/4を思い浮かべるでしょう。これらの技術は確かに人気がありますが、アプリケーション固有の組み込みシステム向けに新しい技術が進出しています。DDR5の仕様が発表されると同時に、レガシーメモリも特定の組み込みアプリケーションで依然としてその場を占めています。

組み込み設計者にとって、新しいシステム向けのメモリオプションは豊富にあります。大手メモリベンダーが小さいパートナンバー数を持つ大きな顧客に焦点を当てる一方で、メモリタイプ全体で新製品がリリースされています。皮肉なことに、これらの新しい登場するメモリ製品の中には、古いメモリタイプが新製品で依然として役割を果たしているものもあります。

レガシーおよび新興メモリをアプリケーションに適合させる

メモリは、市場により進んだタイプのメモリが登場してもなくならないコンポーネントの一つです。サムスンのような大手企業が以前のDDR製品をEOL（製品寿命終了）とし、最新のものに焦点を当てる一方で、小さな企業はNANDフラッシュからDDR2まで、あらゆるものを含む幅広い製品ポートフォリオで一歩を踏み出しています。組み込みシステム設計者は、これらの以前の製品に、スタンドアロンの高容量チップまたはプロセッサに統合された形で、依然としてアクセスできます。

主要な半導体企業がDDR5や間もなくDDR6など、実証済みの技術の最新の反復に焦点を当てる一方で、揮発性および非揮発性メモリの実験的なタイプは、AI、エッジコンピューティング、自動運転車、および私たちがまだ考えていない他のデバイスなど、今後の技術をサポートできる製品を開発するための激しい研究と商業化の対象となっています。下の表は、比較のための古いおよび新しいメモリのこれらのアプリケーション領域のいくつかを示しています。

組み込み製品のための新興メモリ

市場に出ている製品ラインと同じくらい多様なメモリアプリケーションの範囲を考えると、これらのいずれかが一般的なコンピューティング用のDDR4やそれ以上を置き換えることは疑わしいです。代わりに、今後のRAMタイプのユニークな特徴を考えると、これらは組み込みシステム、データセンター、モバイルデバイス、インテリジェントシステム、および多くの他の領域のいくつかのニッチなアプリケーションに限定される可能性が高いです。これらの新興メモリタイプのいくつかを見てみましょう。

FRAMとMRAM

これら2つの技術は、どちらも磁気を利用していますが、MRAMは明らかにより進んでおり、より高度なアプリケーションを対象としています。市場には非揮発性のFRAMモジュールが出ていますが、4-8 MBで停滞しています。FRAMの読み書きサイクルも破壊的で、レイテンシが低い（約50 ns）ため、これらのモジュールは高速・大容量システムには適していません。いくつかのアプリケーション領域には以下が含まれます：

MRAMの採用は低いが、市場に登場して間もないため、予測される需要を満たすために製造能力への投資がまだ行われているためである。MRAMは、各ビットのデータを磁気の向きとして保存し、電圧を適用することでMRAMデバイスが状態を変更する確率を与える。これは、組み込みAIシステムで使用されるランダムな重みの初期化が可能なニューラルネットワーキングのようなアプリケーションで実際に有用である。この技術は、AIコンピュートブロック内で特に、低電力AI ASICおよびSoCに有用かもしれない。

ReRAM

現在、40 nm ReRAMは消費者製品での使用に技術的な資格を得ており、22 nm ReRAMは2019年以来リスク生産にある。高密度ReRAMを実用的なアプリケーションに導入するには、多くの技術的および製造上の課題を克服する必要があるため、次のラウンドのラップトップがReRAMで動作するとは期待しない方がよい。

低密度ReRAMメモリアレイの現在の理想的なアプリケーションは、従来のコンピューティングでの並列ニューラルネットワーク処理である。ReRAMの最も近い競合であるFlashと比較して、ReRAMはより速い読み書きの遅延と低い消費電力を提供し、高い計算アプリケーションでの高速メモリアクセスを必要とする組み込みシステムに有用である。しかし、ReRAMはNAND Flashを置き換えることはないだろう、なぜなら製造の難しさがコストを高く保つ可能性があるからである。より高度なアプリケーション、例えばリアルタイム分析には、PCRAMのようなより高速で大容量のものが必要になるだろう。

PCRAM

商業化されたPCRAM製品は2000年代初頭にさかのぼるが、Intelの3D Xpoint非揮発性RAM（Intel Optane、下記参照）の採用が増えたおかげで、フェーズチェンジメモリはついに「新興」カテゴリーから脱却した。この技術は、ナノメーターレベルでの大量データストレージを可能にし、極端な3D統合を可能にする最良の候補かもしれない。しかし、Xpointのようなものを開発するために必要な極めて正確なエッチングとリソグラフィーのため、他の技術と比較してコストが禁止的になる。それでも、IBMは、チップレベルで統合できれば、組み込みAIシステムのメモリブロックとしてPCRAMの価値を認識している。

新興メモリ製品は、2030年までに組み込みアプリケーション領域全体で360億ドルの収益を生み出すと予測されています。メモリ市場で「勝者」となる技術があると考えるのは魅力的ですが、これらの技術はそれぞれ組み込み環境において一定の役割を持っています。

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