Neue Speichertechniken wie PCM, ReRAM, FRAM und MRAM werden im Lauf der nächsten Dekade einen bedeutenden Marktanteil erobern. Davon sind Marktanalysten überzeugt – es ist der Halbleitermarkt, den es im nächsten Jahrzehnt zu beobachten gilt.
Aufstrebende nicht-flüchtige Speichertechniken werden bis zum Jahr 2032 ein Marktvolumen von rund 44 Mrd. US-Dollar generieren. Das ist das Ergebnis eines kürzlich veröffentlichten Berichts der Marktanalysten Objective Analysis und Coughlin Associates: „Emerging memories enter the next phase“. Unternehmen, die in diesem Markt aktiv sind, könnten mit einem bedeutenden Wachstum rechnen.
Etablierte Speichertechniken stoßen an Grenzen
Derzeitige Speichertechniken inkl. Flash-Speicher (NAND und NOR), DRAM und SRAM stoßen trotz permanenter Verbesserung an ihre technologischen Grenzen. So lassen sich Flash-Zellen nicht beliebig verkleinern, da unterhalb einer Minimalgröße nicht mehr ausreichend Ladungsträger für einen stabilen Betrieb darin enthalten sind.
Aus diesem Grund wird weltweit intensiv an der Entwicklung neuer Speichertechniken wie PCM (Phase Change Memory), ReRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM) und MRAM (Magnetoresistive RAM) sowie an einer Reihe von weniger verbreiteten Technologien wie Kohlenstoff-Nanoröhren gearbeitet. Die meisten davon entwickeln nicht-flüchtig und können für deshalb für die Langzeitspeicherung als Speicher verwendet werden, der seine Informationen nicht verliert, wenn kein Strom anliegt. Das bietet Vorteile für batteriebetriebene oder per Energy Harvesting versorgte Geräte, ermögliche aber auch Energieeinsparungen in Rechenzentren.
Speichertechniken für unterschiedliche Anwendungen
Auf der Grundlage des aktuellen Entwicklungsstandes und der Eigenschaften dieser Technologien scheint resistiver RAM (RRAM) ein potenzieller Ersatz für Flash-Speicher zu sein. Der Wechsel wird allerdings nicht abrupt erfolgen, sondern schrittweise über das nächste Jahrzehnt. Bis dahin wird Flash noch einige Technologie-Generationen entwickelt.
Die Einführung von 3D XPoint Memory durch Micron und Intel wird sich verstärkt auf den Bedarf an DRAM auswirken. 3D XPoint ist eine Art Phasenwechselspeicher (Phase Change Memory, PCM) und bewährt sich durch eine hohe Haltbarkeit, weist eine höhere Dichte als DRAM auf und erreicht eine Performance, die zwischen NAND-Flash und DRAM liegt. Intel hat 2017 NVMe-SSDs mit seiner Optane-Technologie eingeführt und 2019 mit der Auslieferung von DIMM-Optane-Modulen begonnen. Allerdings ist der führende Speicherhersteller mittlerweile aus dem Joint Venture mit Entwicklungspartner Micron ausgestiegen, der den Speicher nun in Eigenregie entwickelt und fertigt.
Magnetischer RAM (MRAM) und Spin-Tunnel-Torque-RAM (STT MRAM) beginnen NOR, SRAM und möglicherweise auch DRAM zu ersetzen. Die Möglichkeit, flüchtigen durch nicht-flüchtigen Speicher mit hoher Geschwindigkeit und langer Lebensdauer zu ersetzen, machen diese Techniken attraktiv. Mit steigendem Produktionsvolumen werden die Fertigungskosten und die Verkaufspreise sinken; und damit wird die Wettbewerbsfähigkeit der MRAM-Techniken steigen.
Ferroelektrischer RAM (FRAM) und einige RRAM-Technologien haben bereits einige Nischenanwendungen erobert, und mit dem Einsatz von HfO FRAM könnte die Zahl der für FRAM verfügbaren Nischenmärkte zunehmen.
Spin-basierte Logik für moderne Prozessoren
Der Übergang zu nicht-flüchtigen Festkörperspeichern und Cache-Speichern wird den Stromverbrauch senken sowie neue Stromsparmodi und eine schnellere Wiederherstellung des Systemzustands nach dem Ausschalten ermöglichen. Damit lassen sich stabile Computerarchitekturen bauen, die ihren Betriebszustand auch im ausgeschalteten Zustand beibehalten. Schließlich könnte die Spintronik-Technik, bei der für logische Verarbeitungsschritte nicht Strom, sondern Elektronen-Spin genutzt wird, für die Herstellung künftiger Mikroprozessoren eingesetzt werden.
Der Einsatz von nicht-flüchtigem Speicher in Kombination mit CMOS-Logik ist in der Elektronikindustrie (z.B. in Mikrocontrollern) von großer Bedeutung. Als Ersatz für ein Multi-Transistor-SRAM könnte STT MRAM die Zahl der Transistoren reduzieren und somit eine kostengünstige Lösung mit höherer Dichte sein. Eine Reihe von Unternehmens- und Verbrauchergeräten verwenden MRAM bereits als eingebetteten Cache-Speicher.
31.10.2022
