רכיבי זיכרון

אפלייד מטיריאלס הכריזה על מכונות לייצור זכרונות MRAM ,ReRAM ו-PCRAM

פורסם בתאריך ע"י Techtime

בתמונה למעלה: מערכת Endura Clover לייצור זכרונות MRAM התנגדותיים

חברת אפלייד מטיריאלס (Applied Materials) פיתחה שתי מערכות ייצור שבבים מסוג חדש לחלוטין, המאפשרות לייצר רכיבי זיכרון מסוג MRAM ,ReRAM ו-PCRAM, המיועדים בעיקר לשימוש ביישומי IoT הדורשים זכרונות אמינים, זולים וחסכוניים מאוד באנרגיה. שתי המערכות החדשות הן Endura Clover ו-Endura Impulse. "פלטפורמות Endura החדשות הן המערכות המתוחכמות ביותר לייצור שבבים אשר אפלייד ייצרה אי-פעם", אמר מנהל קבוצת הסמיקונדקטורס באפלייד מטיריאלס, ד"ר פראבו ראג'ה. "הצלחנו לשלב מספר רב של טכנולוגיות הנדסת חומרים במקביל למטרולוגיה ולייצור שכבות ומבנים חדשים, אשר לא התאפשרו עד היום".

מאחורי ההכרזה ניצב משבר בתעשיית רכיבי הזכרון שהתעשייה מחפשת מענה עבורו. הטכנולוגיות הנפוצות כיום לזיכרונות הן Flash NAND ו-DRAM שהומצאו לפני עשרות שנים ונמצאות בכל התקן או מערכת דיגיטלית. אולם הן מתחילות להגיע לקצה גבול יכולת השיפור שלהן. זיכרון פלאש הינו זיכרון בלתי-נדיף השומר על המידע כאשר המכשיר כבה ולכן מצוי בשימוש נרחב באבזרים מבוססי סוללה וביישומים הרושמים ומוחקים כמויות גדולות של מידע, כגון מכשירי מובייל, כונני SSD, התקני USB ועוד. אולם הוא מספק קצב איטי יחסית של כתיבת וקריאת מידע.

תעשיית רכיבי הזיכרון בצומת של קבלת החלטות

לכן ביישומים הדורשים הרצת מידע מהירה כמו למשל בזכרונות מטמון לצד המעבד, נעשה שימוש בזיכרון מסוג DRAM. אולם זהו זיכרון נדיף המאבד את המידע ברגע שהמכשיר כבה. כיום התעשייה מחפשת מענה לדרישות חדשות: זיכרון בלתי נדיף בעל מהירות כתיבה וקריאה גבוהה, קיבולת נתונים (נפח זיכרון) גדולה והספק עבודה נמוך. בשנתיים האחרונות התעשייה מייצרת זכרונות בטכנולוגיית 3D NAND, המאפשרת להציב תאי זיכרון אחד על גבי השני באופן רב-שכבתי (תצורת מגדל), ועל-ידי כך לדחוס יותר קיבולת זיכרון בשבב יחיד.

אולם הההערכה הרווחת היא שתהליכי הייצור של הרכיבים החדשים מורכבים ויקרים מאוד ושרכיבי 3D NAND לא יצליחו לעמוד בדרישות המהירות וצריכת ההספק שהמוצרים החדשים דורשים. על הרקע הזה החל הפיתוח של טכנולוגיות זיכרון חדשות, כשהמובילות הן MRAM, ReRAM ו-PCRAM. אומנם הן מבטיחות יתרונות ייחודיים, אבל הן מבוססות על שימוש בחומרים חדשים שהתעשייה לא מכירה וקשים להתאמה לייצור המוני. לכן הההכרזה החדשה של אפלייד מטיריאלס היא בעלת משקל חשוב.

 

מערכת Endura Impulse לייצור זכרונות PCRAM ו-ReRAM
מערכת Endura Impulse לייצור זכרונות PCRAM ו-ReRAM

התכונות המופלאות של זיכרון מגנטי

זיכרון MRAM הוא זכרון מגנטי (Magnetic Random-Access Memory) ונחשב לזכרון שיכול להחליף את הפלאש. הוא עשוי מחומרים מגנטיים עדינים המשמשים בדרך כלל בכונני דיסקים קשיחים. MRAM הוא זיכרון בלתי-נדיף אבל מהיר מאוד, וככל הנראה צפוי להחליף בשבל הראשון את זכרונות SRAM כזיכרון מטמון רמה 3. ניתן גם לשלב MRAM בשכבות העורפיות של שבבי IoT ובכך להקטין את מימדי השבב ואת העלויות.

כדי לסייע בהעברת MRAM לייצור המוני, חברת אפלייד מטיריאלס הכריזה השבוע על מערכת Endura Clover MRAM PVD הבנוייה משבעה תאי עיבוד נפרדים של פרוסת הסיליקון בתנאי ואקום גבוה. זוהי מערכת ה-300 מ"מ הראשונה בתעשייה 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 נעשה מעבר משכבה לשכבה או מחומר לחומר.

כדי להבטיח איכות ייצור אופטימלית, המערכת כוללת ציוד מטרולוגיה המשולב בתוך מערכת הייצור, אשר מבצע בדיקת עובי השכבות ברמת דיוק של חמישית אנגסטרם (0.2Angstrom). פלטפורמות הייצור השנייה היא Endura Impulse המיועדת לייצר שבבי זכרון מסוג ReRAM – Resistive RAM, ומסוג PCRAM – Phase-Change RAM. זכרון ReRAM משלב את יתרונות הפלאש (בלתי נדיף) וה-DRAM (מהיר): הוא בלתי נדיף, מהיר, פועל בהספק נמוך ובעל מחזור חיים ארוך.

כיצד מייצרים "זכוכית זוכרת"

טכנולוגיית ReRAM מבוססת על שימוש בחומרים המשנים את התנגדותם החשמלית בתגובה למתח חשמלי (בדומה לנתיך), ועל-ידי כך "זוכרים" את רמת המתח גם לאחר הניתוק ממקור הכוח. טכנולוגיית PCRAM מבוססת על היכולת של גביש זכוכית המזוהם בחומרים מוגדרים, לשנות את מצב הצבירה שלו מגבישי לאמורפי ולהיפך, באמצעות זרם חשמלי. גם הוא בלתי נדיף, מהיר, מאפשר הגדלת כמות באמצעות יצירת מספר שכבות ופחות סובל מזליגות בהשוואה לזכרונות פלאש (הטכנולוגיה נמצאת בשימוש נרחב בדיסקים מסוג DVD).

שני סוגי הזכרון האלה מתחרים על מקומה של טכנולוגיית DRAM. פלטפורמת Endura Impulse כוללת תשעה תאי ייצור תהליכיים בתנאי ואקום, בדומה למערכת Clover. גם כאן מערכת הבקרה והמטרולוגיה משולבת בתהליך הייצור עצמו, ומספקת מדידות של התהליכים ברמת דיוק של 0.2 אנגסטרם כדי להבטיח ייצור ברמת דיוק של אנגסטרמים בודדים.

הנסיגה בשוק הזיכרונות תקזז 20% מהכנסות השבבים של סמסונג

פורסם בתאריך ע"י yochais

הצמיחה הנמשכת בשוק רכיבי הזיכרון היתה מנוע הצמיחה המרכזי של תעשיית הסמיקונדוקטור בשנים האחרונות, והיטיבה בעיקר עם יצרניות הזיכרונות וחברות שבבים המייצרות רכיבים וציוד לשוק הזיכרונות. בין השאר היא היתה אחראית לתפנית היסטורית, כאשר סמסונג עקפה את אינטל בדירוג יצרנית השבבים הגדולה בעולם. אולם כעת נראה ששוק רכיבי הזיכרון נחלש, והדבר ישפיע באופן משמעותי על החברות שצמחו על-גבי השוק הזה. התוצאה הבולטת ביותר: סמסונג, שבשנים 2017 ו-2018 הדיחה את אינטל ממעמד יצרנית השבבים הגדולה בעולם, שבו היא החזיקה 23 שנה, צפויה לפנות את המקום הראשון לטובתה של אינטל, כך עולה ממחקר שוק חדש של חברת המחקר IC Insights.

להערכת החברה, שוק הזיכרונות צפוי להתכווץ בשנת 2018 בשיעור מסחרר של 24% ולגרור את תעשיית הסמיקונדוקטור כולה לירידה של 7% במכירות. סמסונג, ש-83% ממכירות השבבים שלה ב-2018 היו בתחום הזיכרונות, צפויה להיפגע בצורה הקשה ביותר: להערכת IC Insghts, מכירות השבבים של סמסונג צפויות לרדת בכ-19.7% ולהסתכם ב-63.1 מיליארד דולר בלבד. אומנם אינטל עצמה צפויה לצמוח בשנה ב-1% בלבד, , אולם זה יספיק כדי להדיח את סמסונג מהמקום הראשון, ולחבוש את כתר מלכת השבבים עם מכירות שנתיות בהיקף של כ-70.6 מיליארד דולר.

בשורה רעה לנובה וקמטק

חברת סמסונג לא תהיה היחידה שתיפגע משינוי הכיוון של שוק הזיכרונות. על-פי הדו"ח, גם יצרניות הזיכרונות המובילות האחרות, ובהן SK Hynix, מיקרון וטושיבה, צפויות לרשום השנה ירידה בשיעור של כ-20%, מה שעשוי להוריד את היקף ההכנסות שלהן לרמה של 2017. מסקר DRAMeXchange, עולה שכבר ברבעון הראשון של השנה צנחו מחירי זיכרונות ה-DRAM וה-NAND בכ-30%. זוהי הירידה הרבעונית החדה ביותר בשוק מאז שנת 2011.

חברות אחרות אשר עשויות להיפגע הן ספקיות ציוד לקווי הייצור של יצרניות רכיבי הזיכרון. בהקשר הזה, שתי החברות הישראליות נובמה מכשירי מדידה וקמטק נמצאות המצב רגיש במיוחד: שתיהן דיווחו בשנה האחרונה על מכירות מוגברות עבור קווי ייצור שבבים, והאטה בשוק הזכרונות עשויה להשפיע על נתח מרכזי מהמכירות שלהן.

נקמה מתוקה: ברודקום עוקפת את קואלקום

אם הדו"ח של IC Insights התמקד ביצרניות השבבים, חברת המחקר TrendForce פרסמה דו"ח על המגזר המשמעותי האחר בתעשיית השבבים: חברות ה-Fabless. להערכת TrendForce, גם בקרב חברות הפאבלס נרשמו ב-2018 חילופי מקום בפסגת הדירוג, כאשר חברת ברודקום (Broadcom) העפילה למקום הראשון ועקפה את קואלקום, שניצבה בפסגה יותר מ-10 שנים. הכנסותיה של ברודקום צמחו ב-2018 ב-2.6% להיקף של כ-18.9 מיליארד דולר, הרבה מתחת לשיעור הצמיחה של שוק הסמיקונדוקטור כולו, שעמד ב-2018 ב-13.7%.

אולם הצמיחה המתונה הזו הספיקה לברודקום לעקוף את קואלקום, שסיימה שנה עגומה למדי עם ירידה של 3.9% בהכנסות ל-16.3 מיליארד דולר, על רקע ההיחלשות הכללית בשוק הסמארטפונים ואובדן הלקוחה הגדולה ביותר בשוק, אפל, שהפסיקה להשתמש במודמים של קואלקום בעקבות הסכסוך המשפטי בין שתי החברות. כזכור, ברודקום ניסתה לרכוש את קואלקום ב-2017 במהלך שנתפס כ"השתלטות עוינת". המהלך נגדע לאחר מספר חודשים בצו מיוחד של הנשיא טראמפ, אשר התנגד לעיסקה  משיקולי "ביטחון לאומי".

מבין עשר חברות הפאבלס המובילות, החברה היחידה הנוספת שסיימה את 2018 עם ירידה במכירות (0.7%) היא חברת MediaTek שכמו קואלקום מירב הכנסותיה מגיע משוק הסמארטפונים. מנגד, חברת אנבידיה (Nvidia) שגשגה עם צמיחה של 28.4% במכירות, שהביאה אותה לדירוג של יצרנית השבבים שלישית בגודלה בקבוצת חברות הפאבלס. אנבידיה קיבלה זריקת עידוד הודות לדרישה הגוברת לממערכות מחשוב גרפיות מבוססות GPU עבור יישמי בינה מלאכותית ולימוד עומק, וכדי להאיץ את הביצועים של תשתיות ענן ומרכזי הנתונים.

חברה אחרת שהחלה לדהור בשנת 2018 צריכה לעורר מחשבות בחברת אינטל: המתחרה היחידה שלה מתחום המעבדים בארכיטקטורת X86, חברת AMD, הציגה עלייה של 23.3% במכירות, בעיקר הודות לצמיחה של 38.6% במכירות של מוצרי המחשוב והמעבדים הגרפיים.

טכנולוגיות חדשות משנות את שוק רכיבי הזיכרון

פורסם בתאריך ע"י Techtime

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