עתיד זיכרונות DDR5 תלוי כעת ב-AMD ובאינטל

בתמונה למעלה: כרטיס DIMM של SK hynix העומד בתקן DDR5

לאחר יותר מחמש שנות עבודה הכריז לפני חודשיים ארגון JEDEC התעשייתי על השלמת הניסוח ופרסום תקן הזכרונות RAM המהירים מסוג DDR5. זה היה מאמץ אדיר שהשתתפו בו 150 חברות. אולם למרות שבתעשייה המתינו בקוצר רוח לפרסום התקן המיועד לפתור את אחד מצווארי הבקבוק המעיקים ביותר במרכזי הנתונים, כניסתו אל השוק צפויה להיות הדרגתית מאוד. ככל הנראה הטכנולוגיה תתחיל להיכנב אל השוק באיטיות רבה ובצעדים מדודים מתישהו במהלך 2021.

תקן JESD79-5 DDR5 מכפיל בשלב הראשון את מהירות הגישה של המעבד אל הזכרון האקראי (RAM) ומפת הדרכים שלו כוללת הגברה הדרגתית של המהירות בשנים הקרובות. הדבר נועד להתמודד עם מחנק הזכרון שאליו נקלעו המעבדים מרובי הליבות. המענה של התעשייה לקושי בהקטנת רוחב הצומת של הטרנזיסטור כדי להשיג ביצועים משופרים היה באמצעות מעבר למעבדים מרובי ליבות. אולם הפתרון מתחיל לאבד מיעילותו, מכיוון שהדבר גורם להקטנת זמינות הזיכרון העומדת לרשות כל אחת מהליבות.

מפת הדרכים כוללת מהירויות רבות

הבעיה הזאת באה לידי ביטוי בגרף למטה שממנו ניתן לראות כיצד ריבוי הליבות דורש הגדלת קצב הגישה לזיכרון, אבל שבפועל קצב הגישה הממוצע של כל ליבה בנפרד (קו כחול כהה) נמצא בשנים האחרונות בירידה. זיכרונות DDR5 אמורים לפתור את הבעיה באמצעות ערוץ תקשורת מהיר מאוד. רמת הכניסה צפויה לספק קצב תקשורת של 4.8Gbps שהיא מהירה בכ-50% בהשוואה לזיכרונות DDR4. התקן כולל מפת דרכים עתידית לשיפור הדרגתי במהירות הגישה אל הזיכרון, עד לקצב של עתידי של 35Gbps.

הקשר בין ריבוי הליבות במעבדים לבין רוחב הפס של ערוץ הגישה לזיכרון. מקור: Micron
הקשר בין ריבוי הליבות במעבדים לבין רוחב הפס של ערוץ הגישה לזיכרון. מקור: Micron

התקן החדש כולל מנגנוני הסתגלות מסוג Decision Feedback Equalization שיאפשרו לעבור לקצבי עבודה מהירים יותר בעתיד, הפחתת מתח העבודה של הרכיבים ל-1.1V כדי לחסוך באנרגיה והגדרת מייצב מתח ברמת כרטיסי הזכרון (DIMM) להבטחת מתח העבודה. הוא מגדיר תצורה חדשה של כרטיסי זיכרון, הכוללת שני מחברי 40 תקעים וכולל מנגנון תיקון שגיאות (Error Correction Code – ECC) כדי לצמצם את הטעויות בשלבי הכתיבה והקריאה. הדבר נעשה קריטי בעידן ה-DDR5, מכיוון שמדידת המטענים החשמליים בתאי זיכרון קטנים ובקצב גבוה מאוד, היא קשה יותר בהשוואה ל-DDR4 מהדור הנוכחי.

אימוץ הדרגתי של הטכנולוגיה

חברות רבות בתעשייה מתחילות להיערך לקראת העידן החדש. חברת סינופסיס הכריזה על ערכת Verification IP לאימות התכנון של כרטיסי DDR5 ועל שיתוף פעולה עם גלובלפאונדריז בהתאמת החבילה לבדיקת הזיכרונות בתהליכי הייצור של גלובלפאונדריז. קיידנס הכריזה החודש על חבילות תכנון ואימות (Design IP ו-Verification IP) המותאמות ל-DDR5 ולגרסה החסכונית בהספק שלו, LPDDR5, עבור תהליך הייצור של TSMC בגאומטריה של 5 ננומטר.

חברת Keysight הכריזה על ערכת בדיקות וסימולציה מלאה ל-DDR5. חברת Tektronix הוציאה ערכת בדיקות ודיבוג ל-DDR5 ו-Renesas Electronics הכריזה על שבבים חדשים לדחיפת הנתונים בכרטיסי DDR5. אפילו חברת ואלנס הישראלית (Valens) נקלעה בעקיפין למהפיכה הזאת: JEDEC וארגון התקינה MIPI הגדירו תת-תקן ייעודי של DDR5 עבור ממשק התקשורת שבין החיישנים והצגים ברכב לבין יחידות המחשוב. תקן MIPI I3C מתבסס במלואו על טכנולוגיית התקשורת של ואלנס, שהיתה גם שותפה בקבוצת העבודה המצומצמת שגיבשה את התקן.

למרות שגם סמסונג וגם Kioxia הכריזו על מחוייבות לתקן החדש, מהצד של יצרניות הזיכרונות בינתיים רק SK hynix ו-Micron נמצאות בתמונה. מייקרון הכריזה השבוע על רכיבי הזכרון החדשים ממשפחת uMCP5. הם תומים לגרסת התקן החסכונית (LPDDR5) ומיועדים לשימוש בעיקר באבזרים ניידים. כבר בהכרזה הראשונה היא עברה את מפרטי התקן והכריזה על קצב גישה לזיכרון של 6.4Gbps. בתחילת החודש (אוקטובר 2020) הכריזה SK על כרטיסי זיכרון בנפח של 64Gbit. אלא שמדובר בינתיים במהלכים טקטיים שיווקיים שאין להם משמעות טכנולוגית מיידית, שכן מעבדי המחשבים עדיין לא מספקים תמיכה בתקן החדש.

תעלומת אינטל ו-AMD

כדי לנצל את התקן החדש יש לבצע שינויים במעבדים המאפשרים להם לגשת אל זיכרונות DDR5 החדשים. אומנם אינטל הכריזה שהיא עבדה בשיתוף פעולה צמוד עם SK בפיתוח הזיכרונות שלה וטכנולוגיית היציור שלהן, אולם היא עדיין לא סיפקה תחזית מדוייקת להטמעת הטכנולוגיה במעבדים שלה עצמה. היא דיווחה בעבר שהרכיב המיתכנת Agilex FPGA תומך ב-DDR5 לא פירסמה מפת דרכים של המעבדים העתידיים הכוללת תמיכה ב-DDR5. גם חברת AMD משאירה את התעשייה בערפל: בינתיים קיימות ידיעות לא מאושרות שלפיהן שבב הדור הבא שלה, Zen 4, יתמוך ככל הנראה ב-DDR5.

בלי שתי החברות האלו, המחזיקות את עיקר שוק מרכזי הנתונים בעולם, התקן החדש לא ייכנס אל השוק. אולם לאור הצורך בפתרון בעיית ריבוי הליבות ולאור המעורבות של אינטל בפרוייקט הפיתוח של SK, ברור לגמרי שהן יספקו תמיכה בזיכרונות המהירים. שאלה הגדולה היא מתי זה יקרה: בסוף 2021, במהלך 2022 או מספר שנים אחר כך?

SK רוכשת את חטיבת ה-NAND של אינטל ב-9 מיליארד דולר

בתמונה למעלה: פאב 68 של אינטל בעיר דאליאן בסין. נפתח בחודש יולי 2016. צילום: אינטל

חברת SK hynix הקוריאנית רוכשת את חטיבת האיחסון וזכרונות ה-NAND של אינטל תמורת כ-9 מיליארד דולר. העיסקה כוללת את הפעילויות של אינטל בתחום כונני NAND SSD, שבבי זכרון NAND ומפעל ייצור זכרונות ה-NAND בסין. אינטל תשאיר בידיה את פעילות Intel Optane. העיסקה גם כוללת את הקניין הרוחני של אינטל בתחום ה-NAND ואת העובדים וצוותי המחקר והפיתוח. לאחר ההסכם שנחתם אתמול (ב'), העריכו שתי החברות שהן יקבלו את האישורים הרגולטוריים לעיסקה עד סוף 2021.

בשלב הראשון תרכוש SK את מפעל הייצור הסיני (פאב 68 הצמוד לעיר דאליאן סמוך לצפון קוריאה), המתמחה בייצור רכיבי זיכרון תלת-מימדיים, תמורת 7 מיליארד דולר במזומן. מדובר במפעל חדש מאוד שנחנך רק בחודש יולי 2016. בשלב השני, אשר צפוי להסתיים במרץ 2025, היא תרכוש את שאר הנכסים של החטיבה, כולל הקניין הרוחני הקשור בתכנון וייצור הרכיבים, תמורת 2 מיליארד דולר. עד להשלמת הפעימה השנייה, אינטל תמשיך לייצר במפעל רכיבי NAND מתוצרתה.

SK דוחקת את Kioxia היפנית למקום השלישי

לשתי החברות יש מסורת של שיתוף פעולה. בין השאר הן פיתחו במשותף טכנולוגיות עבור זיכרונות מסוג DDR5. מנכ"ל אינטל, בוב סוואן, אמר שהעיסקה תאפשר לאינטל להתמקד בפיתוח טכנולוגיות לעסקי הליבה שלה. במחצית הראשונה של 2020 הסתכמו מכירות כל מוצרי הזיכרון של אינטל בכ-2.8 מיליארד דולר. חברת SK hynix היא מיצרניות רכיבי הזיכרון הגדולות בעולם. במחצית הראשונה של 2020 הסתכמו מכירותיה בכ-1.4 מיליארד דולר.

זכרונות DDR5 של SK hynix שיצאו אל השוק בתחילת החודש (אוקטובר 2020)
זכרונות DDR5 של SK hynix שיצאו אל השוק בתחילת החודש (אוקטובר 2020)

חברת הייניקס היא גם אחת מחלוצות הייצור של רכיבי זיכרון תלת-מימדיים ומייצרת כיום רכיבים בתהליך הכולל 128 שכבות. להערכת חברת המחקר TrendForce, ברבעון השני של 2020 החזיקה אינטל בכ-11.7% משוק ה-NAND העולמי, ואילו SK החזיקה בכ-11.5% מהשוק. פירוש הדבר שעם השלמת העיסקה, תחזיק SK ביותר מ-20% מהשוק העולמי. היא תעפיל למקום השני בעולם אחרי סמסונג, ותעקוף את היצרנית השנייה בגודלה כיום, Kioxia היפנית (לשעבר חטיבת הזיכרונות של טושיבה).

בהשוואה לאינטל, יש ל-SK יתרון בולט בשוק האבזרים הניידים, ואילו לאינטל יש מעמד חזק במיוחד בתחום המחשוב הארגוני, הנחשב לשוק הזיכרונות הריווחי ביותר. אינטל מתמקדת ביום בייצור זיכרונות בארכיטקטורת QLC SSD. ארכיטקטורה זו מאפשרת לשמור ארבעה ביטים של מידע בכל תא זיכרון ועל-ידי כך להגדיל את הנפח היעיל שלו. העיסקה מספקת ל-SK טכנולוגיות ייצור ייחודיות ומכניסה אותה לתהליך ייצור חדש: אינטל מייצרת זיכרונות בטכנולוגיית Floating Gate ואילו SK הייחודית, כאשר כל היצרניות האחרות מתבססות על ייצור בטכנולוגיית שבבים מסוג Charge Trap.

שיתוף פעולה אסטרטגי בין לייטביטס ואינטל

בתמונה למעלה: אביגדור וילנץ. בתמונה למטה: פרופיל השילוב הטכנולוגי בין שתי החברות

חברת אינטל חתמה על הסכם שיתוף פעולה אסטרטגי עם חברת Lightbits Labs מכפר-סבא על פיתוח משותף של מערך זיכרון למרכזי נתונים. שיתוף הפעולה כולל תכנון משותף, שיווק משותף וביצוע השקעה של אינטל בחברת לייטביטס לאבס בהיקף שלא נמסר. לייטביטס לאבס הוקמה ב-2017 על-ידי היו"ר אביגדור וילנץ, המנכ"ל ערן קירזנר, לשעבר ראש תחום פתרונות האחסון של PMC-Sierra שנימכרה למיקרוסמי ב-2016, והטכנולוג הראשי מולי בן יהודה, לשעבר המדען הראשי של Stratoscale.

עד היום היא גייסה כ-50 מיליון דולר. החברה פיתחה רעיון חדש לשיפור זמני התקשורת בין מערכי הזכרון הבלתי נדיפים מסוג SSD במרכזי הנתונים, לבין המעבדים, אשר מקצר משמעותית (50%) את זמני ההשהייה. הוא מבוסס על פרוטוקול תקשורת חדש המאפשר קישור מהיר בין התקני הזיכרון לבין השרתים והמעבדים במרכז הנתונים, על-גבי תשתית ה-IP הקיימת. על-סמך הפרוטוקול של החברה נוסח תקן NVMe/TCP באמצעות קבוצת העבודה התעשייתית NVM Express.

בחודש אפריל 2019 היא הכריזה על מוצר הראשון שלה: אבזר ניהול זיכרון מאסיבי בשם SuperSSD – המוצר הראשון בעולם העומד בתקן NVMe/TCP ומאפשר למחשבי בינה מלאכותית גישה מהירה מאוד אל מערכי זיכרון בנפח של עד 1PB. הפתרון מופיע במתכונת של אבזר הניתקע במסד U2 של שרתים ומאפשר גישה מהירה אל המידע המצוי במערכי זיכרון גדולים בנפח של 64TB-1PB, באמצעות ממשקי 100GbE ובזמני השהייה של פחות מ-200us. הוא כולל את תוכנת LightOS של החברה, המתחברת אל תשתיות מרכז הנתונים ומנהלת את התקשורת עם התקני האחסון.

שיתוף הפעולה יתמקד בהתאמת תוכנת הניהול LightOS אל החומרה של אינטל, ובניית פתרון חומרה-תוכנה אופטימלי אשר יכלול את פתרונות הזכרון Optane ו-3D NAND SSDs של אינטל, את מעבדי השרתים שלה ממשפחת Xeon, ומוצרי חומרה אחרים של אינטל כמו מאיצי בינה מלאכותית, מתאמי התקשורת Ethernet 800 Series Network Adapter ורכיבי FPGA. מנהל הפיתוח העסקי בקבוצת מערכות הנתונים בחברת אינטל, רמי אל קוואזאן, אמר שמרכזי הנתונים משנים את פניהם. "החומרה שלנו והתוכנה של לייטביטס מעניקים ללקוחות פתרון כלכלי העונה לבעיות שעמן הם מתמודדים בתקופה הזאת של שינויים".

אביגדור וילנץ הוא אחד מהיזמים המוצלחים בישראל, ואלי בתעשיית השבבים העולמית כולה. בנוסף לתפקידיו בלייטביטס לאבס, הוא משמש כיום גם כיו"ר חברת Habana Labs שבה היה מייסד משותף. החברה הוקמה ב-2016 ופיתחה שני מעבדי בינה מלאכותית לרשתות נוירוניות: מעבד אימון ומעבד הסקות. בדצמבר 2019 היא נמכרה לחברת אינטל תמורת כ-2 מיליארד דולר וממשיכה לפעול כחברה עצמאית בבעלות אינטל. וילנץ היה ממייסדי Annapurna Labs שנמכרה ב-2015 לאמזון תמורת 370 מיליון דולר. בשנות ה-90 הוא ייסד את חברת גלילאו שנמכרה בשנת 2001 לחברת מארוול תמורת כ-2.7 מיליארד דולר.

סמסונג בנתה את הפאב הגדול ביותר בעולם

חברת סמסונג החלה בייצור רכיבי זכרון DRAM חדשים מסוג LPDDR5 בנפח של 16 ג'יגה-ביט (Gb). זהו הזכרון הגדול מסוגו בתעשייה. הוא מיוצר בתהליך 1z של סמסונג המבוסס על טרנזיסטורים ברוחב צומת של 10 ננומטר ועל שימוש בליתוגרפיית EUV. הרכיבים החדשים מיועדים לשימוש באבזרים ניידים וסמארטפונים, בעיקר במוצרי הדור החמישי ובמערכות הכוללות בינה מלאכותית. מנהל מוצרי ה-DRAM בחברה, יונג-ביי לי, אמר שהחברה הצליחה לייצר את הרכיבים החדשים לאחר שהתגברה על קשיים רבים בתהליך הייצור. "נמשיך להוציא לשוק מוצרים חדשים שיסייעו לנו לשמור על המעמד המוביל שלנו בשוק הזכרונות".

לצורך ייצור הזכרונות החדשים, הוסיפה סמסונג קו ייצור נוסף לקומפלקס הייצור שלה בעיר פיונגטק בקוריאה. הקו החדש, Pyeongtaek Line 2, הוא כיום מתקן ייצור השבבים הגדול בעולם ומשתרע על-פני שטח של 128,900 מ"ר – שווה ערך ל-16 מגרשי כדורגל. מפעל הייצור החדש ישמש כאתר הייצור המרכזי של סמסונג לטכנולוגיות ייצור מתקדמות של רכיבי זכרון, כולל רכיבי הדור הבא שייוצרו בטכנולוגיית V-NAND ומתן שירותי ייצור ללקוחות חיצוניים.

הזכרון החדש דק ב-30% ומהיר ב-16% מרוב זכרונות ה-16Gb LPDDR5 המותקנים כיום באבזרים ניידים, ומגיע לקצב העברת נתונים של עד 6,400Mb/s. החברה מסרה לאחרונה שהיא חשה בתחילתה של מגמת התאוששות בשוק, לאחר השפל שגרמה מגיפת הקורונה. ברבעון השני של 2020 הסתכמו מכירות סמסונג אלקטרוניקס בכ-44.5 מיליארד דולר. מדובר בירידה של 6% בהשוואה לרבעון המקביל אשתקד, עקב השפל בשוק הסמארטפונים. שוק הזכרונות עצמו התנהג בצורה הפוכה: המכירות עלו בזכות דרישה גוברת לשירותי מרכזי נתונים ולזכרונות עבור מחשבים אישיים, והסתכמו בכ-15.4 מיליארד דולר ברבעון.

 

Kioxia רוכשת יצרנית כונני SSD טאיוואנית

חברת Kioxia היפנית (לשעבר Toshiba Memory) השלימה את רכישת חברת Solid State Storage Technology, שהיא חטיבת כונני ה-SSD של חברת LITE-ON Technology הטאיוואנית. העיסקה היתה אמורה להסתיים בחודש מרץ 2020, אולם עקב מגיפת הקורונה נאלצו שתי החברות לעצור את פעילויות העברת העובדים והמתקנים, ולכן העיסקה הושלמה רק השבוע. העיסקה, בהיקף של כ-160 מיליון דולר, נועדה לחזק את מעמדה של החברה כספקית כונני זכרון למרכזי נתונים ולתשתיות ענן.

החברה הטאיוואנית הוקמה בשנת 2009 ומתמקדת בייצור כונני איחסון עבור מרכזי נתונים, תשתיות ענן ומרכזי מחשוב ארגוניים. מדובר במהלך נוסף בסדרה של פעולות שנועדו להחזיר את יצרנית זכרונות הפלאש היפנית אל מסלול הצמיחה. בשנת 2018 נפרדה טושיבה מקבוצת הזכרונות שלה, ובאוקטובר 2019 היא החליפה את המותג מטושיבה זכרונות ל-Kioxia, המורכב מהמילה היפנית kioku שמשמעה זכרון, ומהמילה היוונית axia שמשמעותה הוא "ערך".

קיוקסיה מחפשת אסטרטגיית צמיחה

החברה מתמודדת עם ירידה גדולה במכירות: בשנת 2019 הסתכמו מכירותיה בכ-9.2 מיליארד דולר, בהשוואה למכירות בהיקף של כ-11.7 מיליארד דולר בשנת 2018. כדי לחדש את הצמיחה, היא מינתה השבוע את נשיא ומנכ"ל אפלייד מטיריאלס לשעבר, מייק ספלינטר, לדירקטור שתפקידו לקדם את צמיחת החברה. ספלינטר הוא אחד מהמנהלים הוותיקים והמצליחים בתעשיית השבבים העולמית. הוא החל את דרכו בשנות ה-70 כמנהל מפעל ייצור השבבים רוקוול, לאחר מכן שימש במשך כ-20 שנה בתפקידי סגן נשיא תפעולי בחברת אינטל העולמית, ובשנים 2003-2013 ניהל את חברת אפלייד מטיריאלס. כיום הוא משמש דירקטור בחברת TSMC ויו"ר חברת NASDAQ, שהיא הבורסה הטכנולוגית החשובה ביותר בעולם.

זכרון פלאש תלת-מימדי בעל 112 שכבות

במקביל, היא חשפה טכנולוגיית זיכרון חדשה, והחלה לספק השבוע דוגמאות הנדסיות ללקוחות פוטנציאליים של כונן ה-SSD החדש בפורמט E3.S המיועד למרכזי מחשוב גדולים. הכונן מבוסס על משפחת כונני CM6 של החברה ומופיע בגודל של "2.5. הוא כולל רכיבי זכרון מסוג BiCS FLASH 3D TLC, ומיועד לפעול במערכות המבוססות על תקן ערוץ התקשורת החדש, PCIe 5.0. הכונן מבוסס על טכנולוגיה חדשה שהחברה חשפה בחודש ינואר השנה.

מדובר בדור החמישי של שבבי זכרון פלאש בלתי נדיפים (NVME) של החברה. היא כוללת איחסון של 3 ביטים בכל תא זיכרון, ומיוצרת בתצורה תלת-מימדית המעמידה תאי זכרון אחד על-גבי השני במתכונת מגדל, בתהליך הכולל 112 שכבות ייצור סיליקון נפרדות. בשלב הראשון החברה מתכננת לספק את הרכיבים ברמת נפח זכרון של 512Gbit, ובהמשך לשדרג אותם לנפח זכרון של 128Gbit ו-1.33Terabit בתהליך ייצור עתידי הכולל שמירת מידע של 4 ביטים בתא זכרון יחיד.

שוק זכרונות ה-MRAM נולד ב-2019

שוק הזכרונות המגנטיים (Magnetic Random Access Memory – MRAM) מתחיל לצבור תנופה, וכבר בשנת 2024 הוא צפוי להיגע להיקף של כ-1.2 מיליארד דולר. כך מעריכה חברת המחקר הצרפתית Yole Développement במחקר חדש שפורסם היום (ב'). מדובר בהבשלת טכנולוגיה הנמצאת בפיתוח כמעט 10 שנים בחברות גדולות, דוגמת יבמ, SK Hynix, אפלייד מטיריאלס, Tokyo Electron ואפילו חברות המתמקדות במעגלים לוגיים כמו קואלקום ו-ARM. שוק היעד המרכזי של הזכרונות החדשים יהיה בשלב הראשון בתחום המערכות משובצות, שם הוא מסתמן כמתחרה יעיל של טכנולוגיית Embedded Flash – eFlash.

ה-eFlash הגיע אל סוף דרכו

להערכת אנליסט חברת יול, ד"ר סיימון ברטולאצי, קיימת הבנה בתעשייה שהייצור של זכרונות eFlash לא יבוצע בתהליכים קטנים יותר מ-28/22 ננומטר, מכיוון שהעלות הכרוכה בייצור במימדים קטנים יותר אינה כדאית מסחרית. התעשייה מחפשת פתרונות חדשים עבור זכרונות בלתי נדיפים (NVM), וזאת בשעה שגם הייצור של זכרונות SRAM נדיפים מתחיל להתמודד עם חומת המימדים, מכיוון שבגודל צומת זעיר חלה ירידה מהירה בביצועים של תאי הזכרון.

להערכתו, המעורבות של חברות גדולות בתעשייה הביאה את טכנולוגיית MRAM לרמת בשלות אשר צפויה להתבטא בצמיחה של 295% לשנה במהלך חמש השנים הבאות. טכנולוגיית ה-MRAM המובילה כיום בשוק נקראת Spin Transfer Torque Magnetoresistive RAM – STT-MRAM, שבה המידע בזיכרון MRAM לא נישמר בצורת מטען חשמלי או זרם, אלא באמצעות מטען מגנטי. זיכרון MRAM עשוי מחומרים מגנטיים עדינים המשמשים בדרך כלל בכונני דיסקים קשיחים.

תא MRAM בסיסי בנוי משני לוחות של חומרים מתמגנטים המופרדים באמצעות תעלה צרה של מוליך למחצה. כאשר המטענים המגנטיים בשני הלוחות הם בעלי כיוון משותף, הזרם העובר דרך הצומת ניתקל בהתנגדות חשמלית נמוכה. כאשר המטענים המגנטיים בעלי כיווניות הפוכה, הזרם העובר דרך התא ניתקל בהתנגדות גבוהה. כלומר, המידע הדיגיטלי ("0" או "1") מיוצג באמצעות ההתנגדות החשמלית של הצומת.

ההסבר הפיסיקלי לתופעה נעוץ בכך שכיווניות המיגנוט משפיעה על ציר הסיבוב הפנימי של האלקטרון (Spin). כאשר שני הלוחות הממוגנטים הם בעלי כיווניות הפוכה, אלקטרונים בעלי ספין מסויים מתקשים לעבור חומר שבו האלקטרונים מצויים בספין מנוגד, ולכן חלה עלייה בהתנגדות הצומת.

מבחינת שיקולי הספק, פירוש הדבר שצריכת האנרגיה העיקרית של זיכרון MRAM היא בשלב הכתיבה בלבד, בעוד שבשלב הקריאה צריכת ההספק היא כמעט אפסית. לתכונה זו משמעות חשובה, מכיוון שרוב המידע בזיכרון נכתב מעט פעמים, אבל נקרא הרבה מאוד פעמים. התחום הזה משך אליו חברות גדולות רבות בתחילת העשור, בהן טושיבה ו-Hynix שהחליטו לפתח ביחד זיכרונות MRAM, חברת NEC, יבמ ובשנת 2013 גם טאואר-ג'אז הישראלית נכנסה לתחום ה-MRAM.

2019 היא שנת תפנית

השנה חלה התפתחות חשובה מאוד בתחום: בחודש מרץ סמסונג הכריזה על תחילת הייצור ההמוני של רכיבי MRAM בתהליך של 28 ננומטר (בתמונה למעלה), ובחודש יוני חשפה חברת אפלייד מטיריאלס (Applied Materials) מערכת ייצור תעשייתית המאפשרת לייצר רכיבי זיכרון מסוג MRAM ,ReRAM ו-PCRAM, המיועדים בעיקר לשימוש ביישומי IoT הדורשים זכרונות אמינים, זולים וחסכוניים מאוד באנרגיה. מערכת Endura Clover MRAM PVD של אפלייד מטיריאלס בנוייה משבעה תאי עיבוד נפרדים של פרוסת הסיליקון בתנאי ואקום קיצוניים.

זוהי מערכת ה-300 מ"מ הראשונה בתעשייה המותאמת לייצור המוני של זכרונות MRAM. היא מסוגלת לשקע עד חמישה חומרים שונים בכל תא. כדי לייצר זכרונות MRAM יש צורך בשיקוע של לפחות 30 שכבות שונות של חומר ברמת דיוק של מספר אנגסטרם בודדים, ובלא להוציא את פרוסת הסיליקון מתא הוואקום כאשר הייצור מתקדם בין השכבות או שנעשה תהליך של החלפת חומרים.

מערכת Endura Clover של אפלייד מטיריאלס לייצור זכרונות MRAM
מערכת Endura Clover של אפלייד מטיריאלס לייצור זכרונות MRAM

להערכת חברת המחקר, זכרונות MRAM יהיו זכרונות הדור הבא בתחום האבזרים הלבישים, אבזרי IoT, מיקרו-בקרים, ציוד הדמאה, תעשיית הרכב וברכיבי ASIC רבים. ברטולאצי: "שנת 2019 היא השנה שבה השוק מתחיל להתרומם". אולם בעוד שהחברה צופה צמיחה מהירה בתחום הפתרונות המשובצים, שוק רכיבי הזיכרון עצמו (stand-alone memory) מתעכב.

בשוק הזה החברה צופה צמיחה של 54% בשנה, להיקף של פחות מ-600 מיליון דולר בשנת 2024. "עד עכשיו, השוק בזה נדחף על-ידי רכיבים בנפח קטן של עד 16Mb, שיוצרו על-ידי מספר קטן של יצרנים כמו Everspin ו-Sony. בשנים הקרובות נראה יותר יישומי אחסון בתחומים כמו זכרונות מטמון בכונני SSD ופתרונות האצת תקשורת, הדורשים רכיבי זכרון בנפח של יותר מ-256Mb ".

סייפרס תטמיע את האבטחה של Karamba ברכיבי זיכרון לרכב

חברת סייפרס (Cypress) האמריקאית תטמיע ברכיבי זיכרון הבזק את טכנולוגיית אבטחת המערכות המשובצות של חברת קרמבה (Karamba Security) מהוד השרון. הטכנולוגיה של קרמבה תשולב בתוך יחידת העיבוד שהיא חלק בלתי נפרד מארכיטקטורת הזיכרון המאובטח החדש, Cypress Semper NOR Flash.

מדובר בזיכרון בלתי נדיף מסוג NOR אשר מופיע בתוך רכיב שבו מצויים מעבד ARM ומספר מעגלי אבטחה בחומרה, אשר בודקים את המידע ברכיב ומאבטחים אותו בפני השחתה מכוונת (סכימת הבלוקים של הרכיב בתמונה למטה). חברת סייפרס מייעדת את רכיבי Semper להגנה על מערכות משובצות קריטיות, כמו מחשבי הבקרה בכלי-רכב ובמערכות ייצור תעשייתיות.

השין-גימל של המערכות המשובצות

חברת קרמבה פיתחה את תוכנת Carwall אשר מותקנת בתוך החומרה המשובצת, ומגינה עליה בפני תקיפות זדוניות. התוכנה חוסמת ניסיונות חדירה עוינים אל רכיבי מחשב בקרת המנוע (ECU) המקושרים לרשת החיצונית. המערכת מכירה את קוד המקור של היצרן הספציפי, ומבטיחה שרק קוד או פריט מידע שהם חלק מהגדרות היצרן, יוכלו להפעיל את מערכות הרכב. כאשר מערכת ההגנה מזהה קוד זר או מתקפת in-memory, היא מונעת את התקיפה בשלב ניסיון החדירה, לפני שתתפתח פגיעה במערכת.

קרמבה נוסדה ב-2015 על-ידי המנכ"ל עמי דותן, היו"ר דודי ברזילי, סגן נשיא למו"פ טל בן-דוד והטכנולוג הראשי אסף הראל. לדברי דותן, העבודה עם סייפרס מאפשרת לקרמבה להוסיף לפתרון שלה גם יכולות הצפנה חזקות, הדרושות ליישומי נהיגה אוטונומית, בקרים תעשייתיים ואבזרי קצה ארגוניים קריטיים.

כל מכונית סופגת 300 אלף תקיפות בחודש

היקף האיומים על מערכות מחשב בכלי-רכב נמצא בעלייה מתמדת. כאשר המערכת של קרמבה מזהה תקיפה, היא משדרת את המידע אל מרכז איסוף מידע של החברה, וממנו הלקוחות מקבלים עידכון. בחודשים האחרונים החברה מפעילה מערכת ניטור גלובלית העוקבת אחר האיומים: מערכת ThreatHive של החברה מתפקדת כמעין סוכנות ביון לבדיקת מצב האיומים על כלי רכב.

המערכת מבוססת על מערך של פתיונות מקוונים המתחזים למחשבי בקרת רכב, ועוקבת אחר התקיפות המתבצעות עליהן. בינואר השנה היא דיווחה שכל אחד מהמחשבים המדומים הותקף בממוצע 300,000 פעמים בחודש.

מאז הקמתה, גייסה החברה כ-27 מיליון דולר. כיום היא מעסיקה כ-40 עובדים ממשרדים בהוד השרון, בגרמניה ובארצות הברית. החברה מסרה שעד היום הוטמעה המערכת שלה ב-32 מערכות רכב של 17 חברות שונות: יצרניות רכב וספקיות של מכלולים שלמים (Tier-1) עבור תעשיית הרכב.

שיתוף פעולה אסטרטגי עם ווינד ריבר

בחודש מאי השנה החברה הודיעה על הרחבת הפעילות שלה אל תחומים חדשים מעבר לתעשיית הרכב: בקרים תעשייתיים מקושרים ואבזרי קצה קריטיים. במסגרת הזאת היא נכנסה לשיתוף פעולה אסטרטגי עם חברת Wind River, אשר מיועד לסייע בהטמעת פתרון האבטחה המשובץ של קרמבה בתחומים שבהם ווינד ריבר פעילה: רכב, תעופה, ביטחון, ציוד רפואי וציוד תקשורת.

חברת סייפרס היא אחת מחברות השבבים הגלובליות המוכרות, ונחשבת למובילה בשוק הזכרונות הבלתי נדיפים המבוססים על ארכיטקטורת NOR. מכירותיה בשנת 2018 הסתכמו בכ-2.48 מיליארד דולר. ביוני 2019 היא חתמה על הסכם מיזוג עם אינפיניאון הגרמנית, שבמסגרתו אינפיניאון תרכוש אותה בתמורה לכ-9 מיליארד אירו במזומן. העיסקה צפויה להסתיים בסוף 2019 או בתחילת 2020, לאחר אישור אסיפת בעלי המניות של סייפרס, וקבלת אישורים רגולטוריים.

Weebit Nano מתכננת ייצור המוני של זכרונות ReRAM ב-2021

בתמונה למעלה: רכיב ReRAM בנפח של 4kbit. מהרכיבים הראשונים של וויביט ננו. צילום: Techtime

חברת Weebit Nano מהוד השרון נערכת לייצור מסחרי של טכנולוגיית הזכרון ההתנגדותי (ReRAM) שהיא פיתחה. להערכת המנכ"ל, קובי חנוך, היעד כיום הוא לסגור על הסכם ייצור עם יצרן שבבים ועל הסכם מכירה עם לקוח ראשון. "אנחנו נמצאים כעת בשלבי העברת הייצור אל פאב סטנדרטי ונמצאים במו"מ עם מספר פאבים. המטרה היא לסגור חוזה ראשון ב-2019 ולהתחיל בייצור המוני כבר בשנת 2021 בתהליך המבוסס על פרוסות סיליקון בקוטר של 300 מ"מ".

דדי פרלמוטר ויואב ניסן כהן מסייעים לחברה

במקביל, החברה החלה בגיוס צוות פיתוח יתכנן את מעגלי הבקרה מסביב לזיכרון. המטרה של החברה היא לפעול במתכונת של חברת קניין רוחני (IP) אשר מוכרת מודולי זכרון שהלקוחות יכולים להטמיע בתוך רכיבי ASIC שהם מפתחים. המעבר למיסחור הטכנולוגיה נעשה בליווי שניים מהענקים של תעשיית השבבים הישראלית: הראשון הוא דדי פרלמוטר, לשעבר סגן נשיא אינטל העולמית שניהל במשך מספר שנים את אסטרטגיית המחשוב שלה וכיום דירקטור במלאנוקס.

כיום פרלמוטר משמש כיו"ר וויביט ננו. השני הוא יואב ניסן כהן, שהיה ממייסדי חברת טאואר-ג'אז ומנכ"ל החברה במשך מספר שנים. ניסן כהן משמש כיום כדירקטור בכיר בחברה. ביוני 2018 השלימה החברה אבן דרך משמעותית כאשר הכריזה על זכרון בנפח של 1Mb שיוצר ב-STMicroelectronics בתהליך של 40 ננומטר.

זיכרון ReRAM – Resistive Random Access Memory, משלב בין היתרונות של הפלאש (שהוא בלתי נדיף אולם איטי) ושל ה-DRAM (שהוא מהיר אך נדיף): ה-ReRAM הוא בלתי נדיף, מהיר, פועל בהספק נמוך ובעל מחזור חיים ארוך. הוא מבוסס על שימוש בחומרים המשנים את ההתנגדות החשמלית שלהם בתגובה למתח חשמלי, ועל-ידי כך "זוכרים" את רמת המתח גם לאחר ניתוק ממקור הכוח, וכך המידע אינו הולך לאיבוד.

מנכ"ל וויביט ננו, קובי חנוך, עם פרוסת סיליקון 200 מ"מ הכוללת רכיבי ReRAM
מנכ"ל וויביט ננו, קובי חנוך, עם פרוסת סיליקון 200 מ"מ הכוללת רכיבי ReRAM

אומנם וויביט ננו אינה היחידה בשוק המפתחת זכרון התנגדותי, אולם היא מגיעה עם יתרון משמעותי: ההטכנולוגיה שלה מאפשרת לייצר את מודולי הזכרון בטכנולוגיית CMOS סטנדרטית משום שהיא מוססת על ייצור באמצעות סיליקון אוקסיד (SiOx). לדברי חנוך, הטכנולוגיה ניתנת ליישום גם בתהליכי ייצור ממוזערים של 7 ננומטר ומטה, מכיוון שגודל הצומת מוגדר על-ידי הטרנזיסטור הדוחף את תא הזיכרון, ולא על-ידי תא הזיכרון עצמו.

בין צרפת, אוסטרליה והוד השרון

וויביט ננו היא חברת סמיקונדקטורס יוצאת דופן, הן באופן שבו היא הוקמה והן בשיטת הפעולה שלה. החברה הוקמה על-ידי שני משקיעים ישראלים המעדיפים להישאר אנונימיים אשר פיתחו שיטת יזמות מעניינת: הם מזהים פטנטים בעלי פוטנציאל, רוכשים רשיון שימוש, מנפיקים את החברה ויוצאים ממנה מוקדם. החברה הוקמה ב-2015 לאחר ששני המשקיעים פגשו את פרופ' טור מאוניסרסיטת רייס בארה"ב, אשר סיפר להם אודות המחקר שלו. הם חתמו איתו על הסכם זיכיון לפטנט שלו בתחום ReRAM, והנפיקו אותה בבורסה המרכזית באוסטרליה (ASX) באמצעות רכישת שלד בורסאי.

כיום היא נסחרת לפי שווי שוק של 17.6 מיליון דולר אמריקאי. החברה פועלת בעצמאות רבה יחסית לאחר שהמשקיעים המייסדים מכרו את רוב מניותיהם וכיום אין לה גרעין שליטה מובהק, מכיוון שלמשקיעים הכי גדולים יש פחות מ-5% מהמניות. קובי חנוך הגיע לחברה לקראת סוף 2017. הוא החל את דרכו בתעשיית השבבים בחברת נשיונל סמיקונדקטורס (שממנה יצאה טאואר-ג'אז), היה אחד ממייסדי Verisity שנמכרה לקיידנס בשנת 1995 תמורת כ-315 מיליון דולר ושימש כסמנכ"ל המכירות הבינלאומיות של Jasper וכיועץ לחברות סטארט-אפ.

ממשלת צרפת מסבסדת את הפיתוח הטכנולוגי

גם הפיתוח הטכנולוגי נעשה במתכונת מיוחדת: החברה עובדת בשיתוף פעולה עם מכון המחקר הצרפתי Leti, שבמעבדותיו נערכים הניסויים ושם נמצא צוות המחקר והפיתוח המרכזי. חנוך: "חיפשנו פאב העוסק במחקר ופיתוח ולא בייצור. התלבטנו בין IMEC ו-Leti ובסוף בחרנו ב-Leti. כשעשינו את ההסכם, גילינו שיש להם עוד יתרון אדיר: ממשלת צרפת רוצה לעודד הייטק ומחזירה לנו במזומן  60 סנט עבור כל אירו שאנחנו משלמים למכון. בנוסף, כשאנחנו מגייסים דוקטורנט צעיר, אנחנו מקבלים בחזרה 120% מעלות שכרו בשנתיים הראשונות. כיום יש כ-20 חוקרים ב-Leti העובדים עבורנו".

החברה מתכננת להתמקד בשוק ה-ASIC וה-SoC כדי לספק מענה לבעיה מוגדרת: יצרני זכרונות הפלאש התגברו על הקושי בהקטנת גודל הצומת מתחת ל-28 ננומטר על-ידי ייצור תלת מימדי, שבו תאי הזיכרון מוערמים אחד על -גבי השני והייצור מגיע עד ל-96 שכבות חומר. אלא שבייצור ASIC אי-אפשר להגדיר ייצור לגובה של חלק מהשבב והוא צריך להיות אחיד בגובהו. לדברי קובי חנוך, "כאן ה-ReRAM נכנס לתמונה. הוא מספק ליצרנים טכנולוגיה מושלמת לשיבוץ זיכרון בתוך השבב".

הוקמה חברת הזכרונות המשותפת של Cypress ושל SK Hynix

החברות SK Hynix מקוריאה ו-Cypress מארצות הברית, קיבלו את האישורים האחרונים להקמת החברה הבת המשותפת SkyHigh Memory Limited. בעקבות קבלת האישורים, החברה צפויה להתחיל בפעילות מלאה בעוד כשבועיים, ב-1 באפריל 2019. השליטה בחברה היא בידי SK, אשר מחזיקה ב-60% מהמניות, כאשר סייפרס מחזיקה בשאר המניות. היא תפעל מהונג קונג ותעסוק בייצור ומכירת זכרונות NAND מסוג SLC – single-level cell של סייפרס, ותפתח את הדור הבא של זכרונות SLC NAND. במסגרת הזאת, סייפרס תעביר לידי SkyHigh Memory את כל פורטפוליו זכרונות ה-SLC NAND שלה, המכסים את טווח הנפחים 1Gb-16Gb.

משמעות העיסקה היא שחברת סייפרס יוצאת מתחום זכרונות ה-FLASH NAND ומתמקדת בתחומים הצומחים שלה, כמו פתרונות עיבוד, איחסון ותקשורת לשווקים צומחים כמו תקשורת, מוצרים צרכניים, רכב ומוצרים תעשייתיים. חברת סייפרס היא יצרנית שבבים מגוונת הפועלת במספר תחומים: תקשורת אלחוטית, מיקרו-בקרים, USB, רכיבי ניהול הספק, רכיבי ניהול למסכי מגע ורכיבי זיכרון. מלבד טכנולוגיות NAND, היא גם מייצרת רכיבי זיכרון בטכנולוגיות נוספות, כמו NOR, SRAM ו-FRAM, וכן זכרונות DDR3 באמצעות החברה הבת AgigA Tech.

רכיבי SLC: המהירות עולה, השוק יורד

בשנת 2018 הסתכמו מכירותיה של סייפרס בכ-2.48 מיליארד דולר. החברה פועלת במתכונת של שתי חטיבות: חטיבת הזכרונות (MPD) שמכירותיה ב-2018 הסתכמו בכ-1.01 מיליארד דולר, וחטיבת MCD – Microcontroller and Connectivity Division, הכוללת את כל השאר. זכרונות SLC NAND הם זכרונות הבזק האוגרים ביט אחד של זכרון בכל אלמנט זכרון בשבב, בניגוד לזכרונות multi-level cell – MLC , המסוגלים לאגור 2-4 ביטים שונים בכל אלמנט.

היתרון המרכזי של זכרונות SLC הוא במהירות הפעולה שלהם, אולם הם יקרים יותר לייצור מזכרונות MLC, ולכן מחירם גבוה יותר. יציאת סייפרס מהשוק מוסברת בכך שמדובר בשוק בירידה, ולא בשוק בעלייה כמו השווקים שבהם החליטה להתמקד במסגרת אסטרטגיית הצמיחה 3.0 שהגדירה. מחקר שוק חדש של MarketResearch מעריך שהיקף השוק העולמי של רכיבי SLC NAND בשנת 2018 הסתכם בכ-0.9 מיליארד דולר בלבד, ושבשנים הקרובות הוא צפוי לרדת בשיעור שנתי ממוצע של 1.9%.

הייניקס: ירידה של 13% במכירות

חברת SK Hynix היא אחת מיצרניות השבבים הגדולות בעולם ומחזיקה במפעלי ייצור בקוריאה ובסין. היא מייצרת את רוב סוגי הזכרונות וכן חיישני תמונה (CMOS Image Sensor). בשנת 2018 הסתכמו מכירותיה בכ-36 מיליארד דולר. מדובר בצמיחה מטאורית של 34% בהשוואה לשנת 2017. החברה ייחסה אותה לדרישה הגוברת לזכרונות ולמחסור שאיפיין את שוק הזכרונות בשנים האחרונות, אשר דחפו עליית מחירים ואת צמיחת שוק השבבים העולמי כולו.

יחד עם זאת, היא הזהירה ששוק הזכרונות מתחיל להיחלש, והדבר בא לידי ביטוי בירידה של 13% במכירות שלה ברבעון האחרון של 2018, בהשוואה לרבעון הקודם. היא מתכננת להתמודד עם המגמה הזאת באמצעות כניסה לשוק ריווחי יותר, ופיתוח זכרונות SSD ייעודיים עבור השוק הארגוני ומרכזי הנתונים הגדולים.

לייטביטס-לאבס של אביגדור וילנץ גייסה 50 מ' ד'

חברת Lightbits Labs מכפר-סבא יצאה היום משלב הפעילות החשאית ודיווחה שמאז הקמתה לפני כשנתיים היא גייסה 50 מיליון דולר משותפות אסטרטגיות גדולות, ובהן DellEMC, סיסקו ו-Micron. מדובר ביוזמה החדשה של אביגדור וילנץ, מייסד גלילאו ואנפורנה שנמכרו למארוול ולאמזון, המשמש כיו"ר החברה. המייסדים הנוספים של לייטביטס-לאבס הם המנכ"ל ערן קירצנר לשעבר ראש תחום פתרונות האחסון של PMC-Sierra שנימכרה למיקרוסמי בתחילת 2016, והטכנולוגי הראשי מולי בן יהודה, לשעבר המדען הראשי של Stratoscale.

החברה פיתחה רעיון מהפכני לשיפור זמני התקשורת בין מערכי הזכרון הבלתי נדיפים מסוג SSD במרכזי הנתונים, לבין המעבדים, אשר מקצר משמעותית (50%) את זמני ההשהייה. הרעיון הביא לניסוח התקן החדש NVMe/TCP באמצעות קבוצת העבודה התעשייתית NVM Express, כאשר לייטביטס מובילה את ניסוח התקן שאושר בסוף 2018. למעשה, ארכיטקט התוכנה הראשי של החברה, שגיא גרימברג, נחשב למנסח הראשי של תקן NVME/TCP.

באמצעות יצירת פרוטוקול תקשורת חדש, התקן מאפשר קישור מהיר בין התקני הזיכרון לבין השרתים והמעבדים במרכז הנתונים, על-גבי תשתית תקשורת ה-IP הקיימת. הפרוטוקול חוסך השקעות עצומות הדרושות לצורך בניית קווי תקשורת ייעודיים בין הזיכרונות לבין המעבדים. כעת לייטביטס-לאבס היא גם החברה הראשונה המספקת לו פתרונות.

היום (ג') היא הכריזה על המוצרים הראשונים שלה עבור התקן החדש: כרטיס PCIe להאצת הביצועים מדגם LightField (בתמונה למעלה) ותוכנת LightOS המתחברת אל תשתיות מרכז הנתונים ומנהלת את התקשורת עם התקני האחסון. הכרטיס מותאם לעבודה מול תוכנת LightOS ומבטיח קצב העברת נתונים של עד 200Gbps. הוא מבצע חלק מפעולות החישוב הנעשות כיום בשרת האחסון, ועל-ידי כך מסיט ממנו עומסים, וכולל אמבצעי אבטחה דוגמת איסוף נתונים בזמן אמת המאפשרים להתגבר על תקלות בזכרון (SSD failures) בלא שהמשתמש מרגיש בכך, ובלא צורך להעביר את המידע הזה אל המעבד.

הפרדת המעבדים מהזכרונות

המטרה העיקרית של הטכנולוגיה היא להפריד בין הפעילות של המעבדים לפעילות של מערכי הזיכרון. על-ידי כך ניתן לשדרג בנוחיות כל אחד מהם בנפרד בלא תלות בשני, בהתאם לצורך, ולבצע שינויים בחומרה בכל אחד מהצדדים האלה של מרכז הנתונים, בהתאם לשינויים טכנולוגיים וצרכים עסקיים בלתי צפויים. למעשה, הפתרון החדש מיועד להתחרות בטכנולוגיית הקישוריות RDMA הוותיקה יותר (Remote Direct Memory Access).

טכנולוגיית RDMA נועדה להתמודד עם צוואר הבקבוק של התקשורת בין המעבדים ומערכי הזיכרון באמצעות מתן גישה ישירה למחשב אל הזיכרון של מחשב אחר, בלא מעורבות של מערכת ההפעלה. להערכת חברת לייטביטס-לאבס, הפתרון הזה נכשל ולא מספק מענה הולם, מכיוון שגם הוא דורש התקנת חומרה בהיקף רחב שתנהל אותו. מעניין לציין, שהמשקיעות האסטרטגיות בחברה הן גם חברות בפורום RDMA, המגדיר ומקדם את התקן המתחרה.

החברות המהפכניות של אביגדור וילנץ: Habana Labs, Annapurna

טכנולוגיות חדשות משנות את שוק רכיבי הזיכרון

בשנים האחרונות משמש שוק הזכרונות כאחד ממנועי הצמיחה המרכזיים של תעשיית השבבים העולמית, ותופס כשליש מכלל המכירות של התעשייה. להערכת חברת המחקר IC Insights, בשנת 2018 לבדה צמח שוק רכיבי הזכרון העולמי בכ-32% והיה המגזר בעל הצמיחה הגבוהה ביותר בתעשיית השבבים. העדות למרכזיותה של התעשייה הזאת בא לידי ביטוי בזה שהיא מובילה את מגמת הייצור התלת-מימדי, הנחשבת כתשובה המתאימה ביותר להתמודדות עם הקושי הנמשך תהליך מיזעור (חוק מור).

שוק בלתי-נדיף

שוק הזכרונות מבוסס על שתי גישות מרכזיות: זכרונות נדיפים וזכרונות בלתי נדיפים. זכרונות נדיפים (Volatile Memory), זקוקים לאספקת כוח כדי לשמור את המידע האגור בהם. בדרך כלל הם מבוססים על טכנולוגיית DRAM – Dynamic RAM ועל טכנולוגיית SRAM – Static RAM. זכרונות DRAM זקוקים לטרנזיסטור יחיד וקבל יחיד כדי לבנות תא זיכרון ולריענון תקופתי של תא הזכרון (refreshing). זכרונות SRAM עושים שימוש במערך של 6 טרנזיסטורים לבניית כל תא זכרון, אולם אינם זקוקים לריענון.

זכרונות בלתי-נדיפים (Non-Volatile Memory) שומרים את המידע גם בלא חיבור אל מקור מתח. דוגמאות לזכרונות בלתי נדיפים הם זכרונות EPROM – Erasable Programmable Read-Only Memory וזכרונות EEPROM – Electrically EPROM. וכמובן הזכרונות הנפוצים ביותר: Flash NAND ו-Flash NOR. זכרונות פלאש NOR מספקים גישה אקראית מהירה בכתיבה ובקריאה לאתרים סציפיים בזכרון, עד לרמת המילה הבודדת. זכרונות פלאש NAND איטיים יותר בהשוואה ל-NOR, אולם הם מטפלים בו-זמנית בבלוקים שלמים של מידע (הקרויים pages of data). הם גם זולים יותר ומספקים נפח זכרון גדול יותר בשטח סיליקון נתון.

זכרונות היודעים גם לחשוב

אלא שבימים אלה נמצא שוק הזכרונות בפני תהליכי שינוי מרכזיים, בעקבות צרכים חדשים שמייצרים הבינה המלאכותית, תעשיית הרכב, הצמיחה המהירה של אבזרי IoT והופעת מרכזי נתונים סופר-גדולים אשר צריכים לתמוך במערכות זמן-אמת מקוונות. הדבר מייצר צורך בטכנולוגיות חדשות המספקות מהירות, חיסכון, ממשקי תקשורת המירים וביצוע חישובים בתוך שבב הזכרון עצמו.

כך למשל, חברת Micron חשפה לאחרונה את טכנולוגיית הזכרון GDDR6, שהותאמה במיוחד כדי לטפל במידע ויזואלי בכמויות גדולות ובמהירות גבוהה, הנדרשים במערכות לימוד מכונה. במסגרת עבודה עם מעבדי GPU המבצעים מטלות לימוד עומק, השיגה הטכנולוגיה קצב קריאה וכתיבה של 16Gbps.

החברה ביצעה שינויים טכנולוגיים גם בתשתיות הפלאש שלה, והחלה לספק רכיבי Flash NAND בעלי ארבע סיביות מידע בתוך כל תא זיכרון (Quad-Level Cell – QLC) עבור כוננים קשיחים בעלי נפח גדול. היא גם הכריזה על שילוב יכולות עיבוד בטכנולוגיית Secure NOR Flash Memory החדשה. הרכיבים כוללים את טכנולוגיית Authenta, המגינה על המידע ועל הגישה לזכרון. הדבר חיוני במיוחד להתקני IoT ועבור הרכב החכם, אשר מבוססים על פתיחת מערכות קריטיות בפני רשתות תקשורת רבות, שרמת האבטחה שלהן אינה מובטחת.

סמינר טכנולוגיות זכרון חדשות

המהלכים האלה מדגימים כיצד שוק רכיבי הזכרון נעשה מורכב ודינמי מבעבר. בחודש הבא תיחשף התעשייה הישראלית לטכנולוגיות החדשות במסגרת יום עיון משותף של חברת מיקרון וחברת איסטרוניקס המוקדש לטכנולוגיות ופתרונות זכרון מתקדמים. הסמינר יתקיים ביום ד', ה-13 בפברואר במלון דניאל בהרצליה.

במהלך הארוע תינתן הרצאת פתיחה על-ידי ג'יילס בלארד, מנהל מכירות מיקרון באזור EMEA. לאחר מכן תתקיים הרצאה המשווה בין טכנולוגיות  DDR4 לעומת LPDDR4​: הצגת הטכנולוגיות, יתרונות וחסרונות, שיקולי תכנון, תכונות חדשות לעומת דורות קודמים, שלמות האותות וממשק.

בהמשך תתקיים סקירה של פתרונות eMMC/uSD/NAND, סקירה כוללת של GDDR6 ו-UFS, הצגת התהפתחויות בתחום הכוננים מבוססי SSD, ובהם NVDIMM וביצועיו, DRAM ,NAND וספק כוח המאוגדים לתת-מערכת המאפשרת שיחזור מידע יעיל ומהיר בעת נפילת מתח פתאומית, וכן הצגת פתרונות SSD ליישומי Industrial ו-Automotive.

יום העיון יכלול תצוגת מוצרים ושירותים משלימים ומיועד למובילים טכנולוגיים בתעשיית ההי-טק, CTOs, מנהלי פיתוח, מנהלי פרויקטים, מהנדסי מערכות ומהנדסי חומרה.

ההשתתפות הינה ללא תשלום, אך מחייבת רישום מראש וקבלת אישור.

למידע נוסף ורישום: Advanced Memory Solutions

השקעות-יתר בתשתיות ייצור עשויות להפיל את מחירי הזיכרונות

ב-2016 וב-2017 האמירו מחירי זיכרונות ה-DRAM וה-NAND בשוק העולמי בעשרות אחוזים. עליית המחירים החדה נבעה בעיקרה מהפער ההולך וגדל בין קצב עליית הביקושים לבין הגידול האיטי והמדוד בתפוקת הייצור של ספקיות הזיכרונות הגדולות בשוק. כעת, מחקר עדכני של חברת המחקר IC Insights מצביע על כך שהיקף השקעות ההון המתוכננות מצד יצרניות הזיכרונות לצורך הרחבת קווי הייצור והגדלת התפוקה הינו גדול מן הצפי לגידול בביקושים, מה שעשוי להוביל סוף סוף לצינון עליית המחירים בשוק הזיכרונות ואולי אף להוביל לירידה ממשית במחירים.

המחקר של IC Insights התמקד בשוק ה-NAND (זיכרון מסוג פלאש, והשווה בין היקף ההשקעה הדרוש כדי לתת מענה לעלייה שנתית צפויה של 40% בנפח יחידות הפלאש בשוק, לבין ההשקעה המתוכננות בפועל מצד יצרניות הזיכרונות הגדולות – וגילה כי היקף ההשקעות בפועל להגדלת התפוקה צפוי להיות גבוה מן העלייה הצפויה בביקושים ובכך אולי להוביל לירידת מחירים בשוק הזיכרונות הרותח.

המחקר של IC Insights הסתמך על אנליזה שפרסמה בחודש מאי חברת מיקרון, אחת מיצרניות הזיכרונות הגדולות בעולם, שלפיה יש צורך בהשקעות הון (Capex) בהיקף של 22 מיליארד דולר כדי לתת מענה לעלייה של 40% בביקוש לזיכרונות NAND. מנגד, על פי הערכת IC Insights, המסתמכת בין היתר על הצהרות יצרניות הזיכרונות לגבי היקף המשאבים שהן מתכננות להקצות לצורך הקמת מפעלים חדשים ושדרוג קווי ייצור קיימים, צפוי לעמוד השנה על 31 מיליארד דולר. פער של 40%.

מקור: IC Insights

המחירים כבר מתחילים לרדת

נתונים היסטוריים על שוק הזיכרונות מגלים כי השקעות גבוהות מדי מובילות בסופו של דבר לתפוקת יתר וכתוצאה מכך להיחלשות במחירים. לאור העובדה כי כל היצרניות המובילות, ובהן סמסונג, היינקס, מיקרון, אינטל, ינגצה ריוור, וכן השותפות של טושיבה, ווסטרן דיגיטל וסנדיסק – כולן צפויות להגדיל בשנים הקרובות באופן משמעותי את תפוקת הייצור של שבבי 3D NAND, וליצור מצב של תפוקת יתר. אל היצרניות המובילות אפשר לצרף גם את היצרניות הסיניות החדשות שנכנסות בשנים האחרונות לשוק וצפויות לתרום לרמת התפוקה.

המחקר של IC Insights מעלה כי כבר ב-2017 הכפילו יצרניות הזיכרונות את היקף השקעות ההון פי שניים ל-28 מיליארד דולר, בהשוואה ל-14 מיליארד דולר ב-2016. כמו כן, כבר ב-2017 היקף ההשקעה בפועל היה גבוה מן ההון הנדרש כדי לתמוך בעלייה של 40%, שהוערך ב-22 מיליארד דולר. ואמנם, ירידה בקצב עליית המחירים ניכרה כבר ברבעון האחרון של 2017, ובשני הרבעונים של 2018 המחיר הממוצע של יחידת פלאש כבר ירד, כך על פי DramExchange. אם זאת, יש לזכור כי בסופו של דבר מי ששולטות בברז התפוקה הן היצרניות, ובמידה ונהיה עדים לירידה חדה מדי במחירים, או לחילופין לירידה בביקושים עצמם, היצרניות עשויות לעכב או לדחות את תוכניות הפיתוח ובכך להוביל מחדש לעלייה במחירים.