曾投入内存研发生产，但却不敌成本高昂而退出内存市场的台积电，竟然再度投入内存产业。是什么样的技术，不但吸引台积电再次投入这块市场，更让三星、英特尔、格罗方德都已经摩拳擦掌投入，准备好一较高下了？
这个让半导体巨头纷纷投入的技术就是被称为新世代内存的 MRAM 和 RRAM。
MRAM 和 RRAM 的特性为何，与 DRAM、NAND（闪存）相比，又有什么样的效能与成本优势？让我们从 MRAM 和 RRAM 两项技术看起。
什么是新世代内存？
MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory，磁阻式随机存取内存）是一种非挥发性内存技术，也就是当电流关掉，所储存的资料并不会消失的内存。它自 1990 年代开始发展，这项技术在学理上的存取速度接近 SRAM，具闪存的非挥发性特性，在容量密度及使用寿命上也不输给 DRAM，平均能耗远低于 DRAM，未来极具成为真正通用型内存潜力。
而 RRAM（Resistive random-access memory，可变电阻式内存）同样是一种新型的非挥发性内存，其优点在于消耗电力较 NAND 低，且写入资讯速度比 NAND 闪存快了 1 万倍。
从阶层式内存的金字塔图来看，SRAM 位于金字塔尖端，为最高阶、速度最快，成本也最高的产品。其次为主内存的DRAM，MRAM 仅次于 DRAM，而 RRAM 则紧接其后，在 RRAM 之下的是 NAND，从此图可以看出 MRAM 与 RRAM 的市场定位也正是介于 DRAM 与 NAND 之间。
高速运算、资料中心、物联网激发新世代内存高度需求
事实上，MRAM 与 RRAM 技术并非近年来的产物，早在 1990 年代，就有厂商开始投入研发，而促使新世代内存发展在近年来露出曙光的原因，正是进入高速运算时代，内存技术演进速度出现跟不上系统效能演进速度所导致。
随着数据的产生速度不断加快，对内存的需求也飞速成长。从对 DRAM 的高速运算需求来看，在高速运算下，内存(DRAM)与 CPU 间的带宽，渐成为运算瓶颈，为解决上述瓶颈，HBM、TSV、offload 运算加速器成为产业研发的重心。此外，DRAM 也面临了摩尔定律发展下去的限制，说明了为什么半导体巨擘们要积极投入新世代内存研发生产的原因。
另一方面，SSD 资料中心存储的高速 IOPS 需求也是业界的一大焦点，除了资料中心的高速 IOPS 需求外，信赖度、能耗也是重要的指标，NAND 本身走到 TLC 虽然在价格上有优势，但却面临产品信赖度恶化的状况，目前以 Page 式的写入方式，让写入成为 IOPS 的主要瓶颈。此外，在资料传输速度要求越来越高下，为了保证资料的正确性，SSD Controller 须内建高速的 Buffer，然而不论是用 DRAM 或是 SRAM 均需要额外提供电源以保障供电异常下的正常发展。在这个前提下，新世代内存也成为产业寄望能改善 NAND 问题的关键技术。
除了高速运算与资料中心的储存需求以外，物联网物端需要的非挥发性内存，也就是即时资料储存需求，牵涉到物联网需要低能耗、资料耐久度高、每次写入或存储的资料单位小等层面。而这三项特色导致 NAND 的不合适，目前更多的解决方案是采用嵌入式内存（Embedded Memory）。不过，就目前嵌入式内存的发展来看，其制作流程、占用面积均仍有持续进步的空间，因此也成为新世代内存技术的另一个切入的面向。
嵌入式产品效能更胜一筹，台积电也没缺席
尽管新世代内存未来有望取代部分 DRAM 与 NAND 的市场，而成为业界关注的明日之星，然而，台积电重新跨进内存产业，他着眼的并非将内存做为单独的产品贩售，而是锁定嵌入式内存市场。
台积电锁定的嵌入式内存产品，可以说是新世代内存另一个改变产业形貌的重要路线。从目前的应用上来看，在工业、车用 MCU 或是物联网 IC 的应用中，新世代内存有机会透过其能耗表现佳、占用面积小、发挥发性、读写速度快、操作电压低、增加的制程复杂度低等优势，进一步增加其在嵌入式市场的渗透率。
此外，嵌入式产品在效能表现上，也可望高于过去的 off-chip 产品，对于像是台积电、联电、格罗方德等晶圆代工厂来说，提供嵌入式内存产品，除能扩张产品线与提供客户更多的支持外，并能做为未来逻辑 IC 与内存在系统架构上进一步融合的前置布局。然而，对于三星等既有内存厂商而言，新世代内存的发展无疑带来发展的契机，但能预期的是，未来的竞争态势也将更为激烈。
拓墣产业研究院隶属于集邦科技，是最前端的科技调研组织，以新兴科技推广为己任，如果对更多人工智能相关主题有兴趣，可参考拓墣最新相关资讯。
- 台湾半导体产业现况与 2017 年方向
