《新兴非易失性存储(NVM)技术及市场趋势-2018版》
2018-11-27 20:39:18   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

NAND闪存(非易失性)和动态随机存取存储器(DRAM - volatile)是独立存储应用的主力,并且凭借新技术解决方案实现了进一步的扩展,它们还将在未来几年继续保持其领导地位。不过,NAND和DRAM之间存在较大的速度容量差距,必须减小这一差距以提高计算系统的整体性能。

Emerging Non-Volatile Memory 2018

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经过超过15年的开发,PCM(相变存储)终于在独立存储应用中获得了成功。STT-MRAM(自旋转移矩-磁随机存储)将引领嵌入式存储竞争。

得益于SCM(存储级内存)应用,新兴NVM营收将在未来三年内获得一个数量级以上的增长

据麦姆斯咨询介绍,由移动设备、云、IoT(物联网)、大数据以及新型AI(人工智能)应用驱动的数据量不断增长,对存储技术的持续发展提出了新要求。

新兴NVM应用

新兴NVM应用

NAND闪存(非易失性)和动态随机存取存储器(DRAM - volatile)是独立存储应用的主力,并且凭借新技术解决方案实现了进一步的扩展,它们还将在未来几年继续保持其领导地位。不过,NAND和DRAM之间存在较大的速度容量差距,必须减小这一差距以提高计算系统的整体性能。已经久等的SCM,正是为此而生。

迄今为止,PCM、MRAM(磁阻随机存取存储)、STT-MRAM和RRAM(阻变式存储)等新兴NVM,由于可扩展性差、成本高且缺乏主要内存制造商的支持,一直限制于利基应用。2015年,Micron(美光科技)和Intel(英特尔)推出了一种新的SCM技术——3D XPoint,该技术使用了两家公司超过15年研究的PCM材料。

第一款3D XPoint产品——Optane固态硬盘(SSD)和存储加速器,由英特尔于2017年推出,而持久存储模块Optane DIMM(双列直插式内存模块)预计将于2019年推出。尽管英特尔-美光合资公司(IMFT)即将走到尽头,但美光已宣布收购英特尔在IMFT的股份以继续3D XPoint战略,并计划在2019年推出自己的3D XPoint产品(QuantX)。

未来三年内,得益于英特尔在企业处理器业务中的主导地位,3D XPoint营收将获得一个数量级以上的增长。Optane DIMM将与最新一代英特尔Xeon服务器处理器(即Cascade Lake)整合销售。此外,英特尔针对客户端系统的新品牌战略,包括了预先安装的Optane缓存(英特尔Core i+),将进一步支持3D XPoint的营收增长。

由于3D XPoint的销量增长,SCM有望在未来几年成为新兴NVM的主要应用,到2019年占据新兴NVM市场90%以上的市场。

按应用细分的新兴NVM市场

按应用细分的新兴NVM市场

未来五年,基于PCM的3D XPoint将驱动独立存储新兴NVM市场,而STT-MRAM将引领嵌入式存储市场

对于独立存储业务,新兴NVM将不会取代DRAM和NAND,而是在存储模块中与它们结合使用,例如:SSD、DIMM和NVDIMM。到了2023年,得益于3D XPoint作为企业和客户端SCM的日益普及,PCM将在独立存储市场保持领先地位。值得注意的是,Samsung(三星)和Toshiba(东芝)通过开发基于3D NAND的SCM解决方案选择了不同的战略道路,例如Z-NAND(三星)和XL-Flash(东芝在2018年8月展出)。不过,这些技术将用于企业级SSD,并且不会与兼容DDR4的Optane DIMM竞争,我们预计这块将占整体3D XPoint销售额的50%以上。

RRAM预计将成为第一个与3D XPoint竞争的独立存储技术,但由于技术挑战,它一再遭遇延期。我们假设RRAM能够在2020年以后重返SCM竞争,并可能先开始与NAND竞争大规模存储应用。STT-MRAM凭借其高速和高耐久性,有望用于企业存储SCM。然而,与独立PCM相比,STT-MRAM由于其更高的成本、更高的制造复杂性和具有挑战的可扩展性,市场要小得多。

独立存储供应链主要厂商

独立存储供应链主要厂商

与独立存储相比,嵌入式新兴NVM市场规模相对较小,在2017年占新兴NVM市场的3%左右。目前该市场由RRAM主导,因为市场上只有少数基于RRAM的MCU(微控制器)供应。不过,所有顶级代工厂现在已准备好利用28/22nm工艺制造STT-MRAM,而SMIC(中芯国际)和UMC(联华电子)的RRAM已经推迟了约两年时间。

因此,我们预计未来几年STT-MRAM将成为第一个起飞的技术,并将引领嵌入式新兴NVM市场,尤其是嵌入式领域最重要的MCU领域。

新兴存储将首先取代eFlash,由于28nm以下技术节点的制造复杂性/成本上升,eFlash面临着重大的扩展挑战。而由于14nm以下更严格的扩展要求,STT-MRAM作为高端处理器和移动AP(应用处理器)中的嵌入式高速缓冲存储器(SRAM或eDRAM)还有待时日。

边缘人工智能是嵌入式新兴NVM最具创新性的应用。Crossbar最近通过使用RRAM芯片展示了人脸识别等各种AI应用。我们预计这种基于RRAM的AI设备将在2021年以后进入市场。

按技术细分的新兴NVM市场发展预测

按技术细分的新兴NVM市场发展预测

新兴NVM厂商将使用“特洛伊木马”战略将他们的技术引入存储市场

在独立存储业务领域,新兴NVM带来了新特性和新功能,但价格更高。因此,必须找到新的解决方案来推动NVM的市场渗透。在大型IDM(集成器件制造商)中,英特尔具有独特的市场地位:它既是独立存储供应商,也是CPU(中央处理器)领导者。英特尔可以将其3D XPoint产品与其新一代Xeon处理器整合,后者将作为“特洛伊木马”将3D XPoint引入数据中心技术市场。

STT-MRAM开发商大多是相当小的公司(例如Everspin、Avalanche、Spin Memory),它们视存储模块供应商(例如Smart Modular)为进入企业存储市场的理想合作伙伴。这些模块供应商大多为中型企业,它们倾向在早期阶段开发利基应用。

在嵌入式存储业务领域,顶级代工厂是关键决策制定者:它们可以推动在MCU或高速缓存等应用中采用新的嵌入式NVM。因此,IP存储厂商说服代工厂为新兴NVM开发边缘节点(28/22nm)技术平台很关键,而STT-MRAM厂商已经实现了这一目标。事实上,TSMC(台积电)已经实现了22nm的RRAM应用,但其他代工厂仍在犹豫是否扩展到28/22nm节点。

Yole提供了新兴NVM生态系统和市场格局的全面分析,突出了新兴NVM大规模应用所面临的挑战和机遇。

独立和嵌入式新兴NVM市场进入策略

独立和嵌入式新兴NVM市场进入策略

本报告涉及的部分公司:4DS, A*STAR, Adesto, Aeroflex, Apple, Atmel, Avalanche, Buffalo, Canon, CEA Leti, Cisco, CNE, Crocus, Crossbar, Cypress, Dell, EBay, EMC, Evaderis, Everspin, Facebook, Ferroelectric Memory Company, Freescale, Fujitsu, Fusion IO, Fujian Jinhua Integrated Circuit Co., Ltd, Gemalto, Giesecke & Devrient, GigaDevice, GlobalFoundries, Google, Hefei Chang Xin, H-Grace, Hikstor, HLMC, Honeywell, HP, Huawei, IBM, Imec, Infineon, Intermolecular, Innovative Silicon, Intel, ITRI, Lenovo, Materion, Macronix, Maxim, Mediatek, Microchip, Micron-Elpida, Morpho, Mythic, Nantero, Nanya, National Tsing Hua University, NEC, NetApp, Nike, Nokia, Numonyx, NXP, Oberthur, Panasonic, Qualcomm, Quantum, Rambus - Unity, Reliance, Renesas, Samsung, Sandisk, Seagate, SGI, Sino King Technology, SK Hynix, Smart Modular Technologies, SMIC, Sony, Spansion, Spin Memory, Spreadtrum, STMicroelectronics, Stanford University, STEC, Sun, Syntiant, TDK, Tezzaron, TMS, Tohoku University, TEL, TEL Magnetic Solutions, Teledyne e2v, Toshiba, Towerjazz, TPSCO, Tsinghua Unigroup , TSMC, UMC, Violin Memory, Weebit, Western Digital, Winbond, XFab, XMC, Yangtze River Storage Technologies, new Chinese emerging NVM players…

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