有没有另一种新的半导体技术,能够在更短的时间内缩小芯片尺寸、又能提高储存容量?答案正在呼之欲出。美国德州莱斯大学(Rice Univ.)的科学家们与惠普(HP)的研发团队不约而同地,在这礼拜公布两项关键技术和合作计划,宣布可以克服最基本的物理限制,能够更快速地将内存芯片微型化,他们认为是消费电子芯片的革命性突破。
首先,莱斯大学的科学家们表示,藉由革新氧化硅(silicon oxide)的技术方式,他们已经成功架构起可靠度更高的微型数字交换电路(是内存芯片重要的组成部分),相较于传统制程方法,这个数字交换技术能够以更为可观的比例,大幅缩小内存芯片的尺寸。他们进一步透露,目前位于德州的新创公司PrivaTran,已经采用相关技术设计可储存并修复数据的内存芯片。莱斯大学的研究成果已刊登于美国化学学会的奈米通讯(Nano Letters)期刊。
找到这项关键技术的,是莱斯大学研究院研究员Jun Yao。目前采用这种技术的内存芯片,只能储存1000 bits的数据量,不过假以时日这项新技术可满足投资人所预期的效果,5年内新技术为基础的单芯片,将能储存目前最大硬盘的数据量。这项新技术还包含能够设计出5奈米薄度的电路,若要采用既有的半导体设计,这样的目标可能要到年底才会实现。
另一方面,惠普的研发团队则是在周二宣布,他们已经和南韩的海力士(Hynix)成为商业合作伙伴,将开发所谓忆阻器(memristor)、亦即记忆电阻(memory resistor)的技术。惠普希望能将忆阻器技术组件进一步商用化,推出新型非挥发性电阻式随机存取内存ReRAM。
这个忆阻器技术,可在关闭电源的情况下仍能保有储存数据,且储存速度可优于现有的固态硬盘(SSD),并且耗电量相当低。惠普认为这项技术可以在下一个10年内,让芯片数据储存的密度达到前所未有的境界。以忆阻器技术为基础的ReRAM,可当作通用的储存媒介、DRAM甚至是硬盘机,并可取代目前广泛应用于手机、MP3播放器的闪存。
最近这几年,由于物理特性的限制、更重要的是研发资金正不断缩减,芯片制造商越来越忧虑,半导体芯片微型化的研发进程逐渐缓慢,阻碍了提升芯片效能的步骤,让笔电、智能型手机和数字相机等消费电子产品,迈向更高阶的应用因而停滞下来。
这两项关键技术的公布与推动之所以重要,在于半导体产业已经找到新出路,得以让摩尔定律的价值继续延续下去。芯片尺寸可以更加微型化,而储存效能可以更加提升。专注于消费电子市场的研究机构Envisioneering Group总裁Richard Doherty表示,倘若芯片微型化技术可继续日新月异,未来单芯片储存数百部高画质电影的境界不是梦。
除了莱斯大学和惠普之外,相关技术的竞争者还包括IBM和Intel。IBM和Intel等都仍在继续研发所谓相变化内存(phase-change memory;PCM)的技术。这是利用热将光滑的材料,从非结晶的状态转化至结晶型状态的过程,来达到记忆储存的效果。相变化内存技术也具有闪存的特性,在电源关闭情况下仍有保存数据的效果。除此之外,增加储存密度的方式来包括堆栈电路的3D IC、以及让单颗晶体管储存更多信息的技术。
莱斯大学和惠普的研发进展,对于在此领域经营许久的老大哥们包括IBM、Numonyx(已被美光并购)和Samsung来说,是不是堪称威胁,还有待观察。IBM的内存专家Charles Lam就意在言外地表示,他们现在作的是IBM以前就在做的,而IBM仍旧正在积极研究当中。
另一方面,市场上对于莱斯大学技术的商用化前景还抱有存疑,对技术本身也有所保留。因为氧化硅的绝缘层特性,能不能藉此改善内存储存效能,大家都在看。莱斯大学的奈米材料专家Jim Tour则是信心满满,新技术一开始都充满荆棘,只要有机会被采用放进产品组合当中,就会有所进展。