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40奈米快閃記憶體MCU戰爭將開打?

上網時間: 2013年12月17日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:快閃記憶體  嵌入式  MCU  汽車  40奈米 

鎖定汽車應用市場的晶片業者都清楚知道,下一代微控制器(MCU)的戰場是內建 40奈米高速存取快閃記憶體的高性能產品;而到目前為止,有兩家主要關鍵廠商正面臨戰火──瑞薩電子(Renesas)的40奈米快閃記憶體技術,以及同樣為40奈米的Spansion嵌入式電荷擷取(Charge Trap,eCT)技術。

現今汽車內含有數以百計的 MCU ,以監視、處理、控制諸如駕駛、轉向、煞車等關鍵任務,也提供安全與舒適等功能。對汽車電子控制單元應用的MCU來說,具備大容量的內建快閃記憶體是很基本的,因為它們必須儲存越來越大量的控制演算法與應用程式碼;更重要的是晶片上快閃記憶體的速度,如果太慢,MCU的高速邏輯電路就無法充分發揮性能。

那些打算競逐高性能先進MCU市場、卻缺乏自家快閃記憶技術的供應商,通常會面臨幾個問題:該用哪一種快速存取快閃記憶體技術?誰有那種技術?哪裡有晶圓代工廠?然後他們可能會有另一個問題:如何把這些事情完成,又不捲進Spansion與瑞薩可能發生的IP大戰?──這兩家公司的嵌入式快閃記憶體IP大戰還沒真的開打,只是煙硝味很濃。

先發制人?

Spansion策略聯盟暨業務開發資深副總裁Ali Pourkeramati不久前接受訪問時指出,瑞薩的eFlash微控制器技術有可能侵犯Spansion的eCT技術;?Spansion?現在把矛頭指向「在未取得共識的情況下濫用其技術」的所有記憶體與系統廠商。

據了解,Spansion最近已經對多家記憶體同業與非記憶體終端業者發出該公司將提出專利侵權訴訟的警告信(參考連結)。這有一部分是Spansion強化其自有IP的策略,但Pourkeramati對於IP侵權的警告,也可能只是先發制人,為的只是讓那些有意採用瑞薩eFlash技術的廠商打退堂鼓。

不過針對此事,瑞薩在東京的發言人表示,該公司並沒有接到Spsansion的任何訊息;EETimes美國版編輯向Pourkeramati 確認時,他也說瑞薩並不在警告信收件名單內。因為缺乏進一步的證據,很難預測快閃記憶體MCU大戰何時會開打。

eCT vs. eFlash

有兩個議題預示了某種程度的衝突,其一是兩家公司技術的差異性程度,其二是目前他們的技術/產品開發進展。

IHS的嵌入式處理器暨車用半導體市場首席分析師Tom Hackenberg表示,Spansion與瑞薩的技術「非常類似」,但該機構所取得的資訊還不足以評論這兩家的技術是否近似到可能達成專利侵權的狀況:「他們的相似之處在於,兩者都對於通常應用在嵌入式MCU的更成熟的NOR快閃記憶體技術做了一些類似的設計改善。」

Hackenberg指出,兩家公司的產品的新設計都採用非常薄的三層結構(絕緣層-帶電層-絕緣層),以減少電流洩漏(如此能讓整個記憶體晶片更具省電效益),特別是當記憶體單元在關閉模式,閘極中的電荷是0V。不過它們的閘極交錯結構仍有一些不同之處,瑞薩包含了一些看來能在故障發生時減少錯誤的分離式閘極(split gate)設計。

兩者的最後成果帶來了相似的整體邏輯IC讀/寫速度與省電效能改善,兩者的設計與傳統設計相較也更具可微縮性(主要是因為傳統設計隨著製程不斷微縮,洩漏電流也快速增加);使得進入40奈米製程能進一步改善速度與省電效益。

瑞薩的 eFlash 採用自家開發的記憶體單元技術MONOS (metal oxide nitride oxide silicon),該快閃記憶體單元內的每個電晶體都是採用氧-氮-氧三層架構,以矽晶為基礎,頂部有一個金屬閘極。而Spansion的電荷擷取技術,則是應用自家的MirrorBit快閃記憶體技術。

電荷擷取技術與傳統的浮動閘極MOSFET技術不同之處,是後者採用氮化矽薄膜來儲存電子,而MirrorBit記憶體單元不只是採用電荷擷取層來取代傳統的浮動閘,也利用了電荷儲存氮化物不會導電的特性,讓兩個位元能共享同一個記憶體單元。

瑞薩的分離式閘極記憶體單元設計具備快速、低耗電特性
瑞薩的分離式閘極記憶體單元設計具備快速、低耗電特性

為了讓各自的技術更適用於嵌入式快閃記憶體MCU,兩家公司都開發了新的閘極架構;瑞薩的分離式閘極結構是將閘極分為兩部分,其中之一用以支援記憶體單元選擇(memory-cell select)功能,另一部分則是用以儲存資料;選擇閘極通常是關閉(在關閉狀態下的耗電為0),而記憶體閘極則通常是開啟。

Spansion採用MirrorBit記憶體單元作為eCT的基礎,不過為eCT單元內的記憶體閘搭配一個低電壓選擇閘極。Pourkeramati表示,eCT技術與傳統的MirrorBit技術稍有不同,因為前者仰賴每個記憶體單元內的單個位元而非兩個,因此在讀取速度與耗電方面具備優勢。氮化物電荷儲存材料與編程/抹除eCT記憶體單元的物理特性基本上是相同的。

 Spansion 的電荷擷取技術能達到更小巧的儲存單元
Spansion 的電荷擷取技術能達到更小巧的儲存單元

根據Spansion表示,新的記憶體單元構造能提供超快的讀取速度,並強化編程與抹除性能;該公司宣稱,其隨機存取時間在5~10ns左右,並表示eCT快閃記憶體對於高階微控制器應用是非常理想的選擇。

產品開發時程

瑞薩已利用其40奈米嵌入式快閃記憶體技術與台積電(TSMC)合作,開發可授權給其他半導體廠商的嵌入式快閃記憶體MCU平台;該公司發言人表示,這種新的eFlash MCU平台還仍在開發中,而問世時間表目前尚無法透露。當被問到是否已經有人取得eFlash MCU平台授權時,該發言人婉拒回答,並表示可能會涉及其他公司的利益。

因為收購富士通半導體(Fujitsu Semiconductor)的MCU部門而成為MCU供應商的Spansion,則打算在2015年推出採用eCT技術為基礎的微控制器產品,該公司已經將eCT技術授權給晶圓代工廠聯電(UMC)。Pourkeramati表示eCT可開放授權給其他晶片廠商,不過對該技術有興趣的要先找Spansion洽商,而且產品需要在聯電生產。

針對40奈米製程快閃記憶體MCU市場,IHS的Hackenberg 表示,市面上大多數的MCU仍是以90~130奈米製程生產,而瑞薩與Spansion採用的製程很新,在MCU市場上的佔有率仍然很小:「因為如此,針對這兩家公司的下一代新產品定價或是市場競爭情況的預測,目前仍是不切實際的。」

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Spansion vs. Renesas Flash MCU War: Smoke but No Fire?,by Junko Yoshida)





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