面积减半 采用Z-RAM技术新型DRAM问世

　　一家瑞士新兴公司（Innovative Silicon Inc）已经开发出一种极具潜力的、革命性的90纳米DRAM技术，据称该技术可改善内存组件的速度、尺寸与功耗等方面。

　　Innovative Silicon公司表示，与传统DRAM单元相较，采用其Z-RAM技术设计存储单元在面积上减少一半，而执行速度更快且功耗更低。不过，该技术还面临一些问题，包括专利状况，以及它是否有能力参与几乎无回报的嵌入式DRAM市场竞争。

　　Innovative公司的DRAM单元不是采用存储在电容器中的电荷来表示信息，而是透过在一个传统绝缘硅(SOI)MOSFET的信道下撷取电荷来存储数据。这种电荷会增大浮体效应(Foating-Body Effect)，但同时也被认为是SOI设计中的最大问题，以及导致SOI高速切换的祸源。截止目前为止，它从未在商业上作为存储介质。

　　但这并非新的理念。早在1990年，比利时IMEC的一位研究人员就获得了在动态内存中使用浮体效应的原始专利，Innovative公司总裁兼执行长Mark-Eric Jones介绍道。不过，IMEC最后认为这个概念不可行并放弃了它。“他们让这个专利失效了。”他补充道。

　　然而，并非所有人都对此失去了兴趣。Innovative公司合伙人兼技术长Pierre Fazan就是那些重新拾起此概念并从新的角度进行尝试的人员之一。2001年，Fazan在一篇论文中首次采用这些原理描述了一种概念性的DRAM单元。2002年Innovative公司成立。与此同时，其它公司的研究人员也注意到了这种技术：一些日本半导体公司发表了相关文章，IBM也开始审议该技术。

　　Innovative公司存储单元最出色之处就是结构简单。它由单个晶体管构成，其源极连接到选择线，漏极连接完整线，栅极连接到字线。当施加足够高的漏极电压时，源极电流的大小取决于存储在晶体管浮体中的电荷数量。如果在活动区出现空穴，电流将迅速增大。如果在活动区撷取了电子，电流将随电压逐步增高，并达到一个较低的最大值。

Z-RAM存储结构示意图，S=源极、D=漏极、Vss=源极电压、Vdd=漏极电压，图中a的状态代表逻辑“1”，b的状态代表逻辑“0”

　　Innovative还必须考虑其它问题。其中之一是被撷取的电荷不能永久存在。透过热电子电离或者band-to-band的隧道效应，可以向晶体管的浮体注入电荷，因而实现向存储单元写入数据。前一种技术速度极快，而后一种技术功耗极低，这使得Innovative公司几乎免费获得了该技术的高速和低功耗两种版本。而问题是透过重新结合，电荷会逐渐消失，因此存储单元必须不断刷新。Fazan表示，幸运的是，在工作温度下，存储单元的保持时间与传统DRAM类似，所以可以采用相同的刷新速率。

　　“这当然是一种值得关注的技术，”IBM半导体技术分析师Jack Mandelman强调，“不过，它存在很多潜在问题，包括时序问题以及相邻单元间的相互影响。”

　　但其优点也非常突出，例如在密度和性能方面。Innovative公司宣布已经开发出90纳米组件，读写时间低于3奈秒，一个位单元面积为0.18平方微米。目前，该公司正制造90纳米的Mb级存储数组。

　　另一个优点是该内存可以采用普通SOI CMOS逻辑制程制造。如果采用SOI进行设计，无需改变标准逻辑制程，Z-RAM就适用于嵌入式内存数组。

　　目前，Innovative计划以单纯的IP授权模式来进军嵌入式DRAM市场。它将授权硬IP，或者将向希望自行开发内存的客户授权底层技术并提供培训。而且，该公司还在开发一种内存编译器，也将授权给客户。

　　对技术不成熟或经济上不具竞争力的新兴公司，嵌入式DRAM市场将会是它们的恶梦。NEC可能是目前唯一看好该领域的公司。NEC定制LSI部门的副总裁兼总经理Philip LoPresti表示，该公司已经看到客户对其MIM(金属-绝缘体-金属)电容器嵌入式DRAM制程表现出兴趣，尤其是在90纳米方面。

　　此外，在一块90纳米芯片上可以放置的内存数量，使得嵌入式DRAM正超越讯框缓冲存储器器或高速暂存内存等应用。Innovative公司的Jones预计，这也将成为有利于公司发展的要素。“凭借比其它DRAM更小的面积和更高的速度，我们不再只关注专用的缓冲存储器，”Jones表示，“这种DRAM速度快、密度大，足以作为ARM类处理器的L2高速缓冲存储器，或高阶工作站CPU的L3高速缓冲存储器，同时能获得比SRAM更低的功耗和更大的密度。”

　　前景是令人向往的，但也并非一片坦途。例如，浮体效应只在SOI中是重要的，这限制了Innovative公司的市场空间。迄今为止，只有少数芯片是采用SOI制程生产的，包括IBM的Power CPU、AMD的CPU产品线，以及Sony和Toshiba正为下一代Playstation开发的芯片。这些产品都没有采用传统ASIC设计，而且每一种产品都需要设计团队付出巨大努力。

　　Innovative公司要解决的另一个问题将是与IBM之间的专利之争。“在Fazan发表原始论文之后还有许多工作要做，”IBM的Mandelman说，“Toshiba已经发表了描述一种类似单元的论文。而我们涉及开发了IP以解决与原始工作有关的问题。”