跟著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、5G、工業(yè)4.0等運(yùn)用技術(shù)的提升，MCU所需處理的信息量呈現(xiàn)爆炸性的增加，各大廠商通過(guò)改善內(nèi)核、集成AI等辦法加快MCU的信息處理速度，但傳統(tǒng)的閃存技術(shù)一直是約束MCU功用的瓶頸之一。這也促進(jìn)各大廠商針對(duì)閃存技術(shù)展開(kāi)研究，以期解決其兩個(gè)方面的首要問(wèn)題：一方面，閃存的制程難以擴(kuò)展到40nm以下，而低功耗MCU卻現(xiàn)已初步向28nm邁進(jìn)，并且這些存儲(chǔ)單元難以集成到非常雜亂的高k金屬柵極技術(shù)中；另一方面，車載MCU中集成的閃存的可擦寫次數(shù)太少，跟著每個(gè)寫入和擦除周期，浮柵 NOR 單元中的地道氧化物會(huì)退化并且泄露會(huì)增加，然后加快閃存老化，使其不適合作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

此外，盡管閃存的呈現(xiàn)改動(dòng)了以前ROM所帶來(lái)的擦除程序數(shù)據(jù)困難的問(wèn)題，但嵌入式閃存仍需求較長(zhǎng)的寫入時(shí)刻，部分原因在于需求在寫入操作之前有必要進(jìn)行擦除操作，這樣就會(huì)導(dǎo)致工作速度比閃存高兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)的主MCU有必要等待存儲(chǔ)器拜訪，而這些問(wèn)題都有或許對(duì)MCU芯片功用產(chǎn)生晦氣影響。所以現(xiàn)在越來(lái)越多的MCU廠商選擇將新式的存儲(chǔ)器集成在超低功耗MCU中，然后突破傳統(tǒng)閃存技術(shù)的約束，使MCU功用水平抵達(dá)一個(gè)新的高度。

如今體現(xiàn)最杰出的三種新式存儲(chǔ)器分別是MRAM、RRAM和PCM。

MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)是一種非易失性(Non-Volatile，NVM)的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器。與大部分其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)不同，MRAM中的數(shù)據(jù)以一種磁性狀況(而不是電荷)存儲(chǔ)，并且通過(guò)丈量電阻來(lái)感應(yīng)，不會(huì)煩擾磁性狀況。選用磁性狀況存儲(chǔ)有兩個(gè)首要長(zhǎng)處：其一，磁場(chǎng)極性不像電荷那樣會(huì)跟著時(shí)刻而泄露，因此即便在斷電的情況下，也能堅(jiān)持信息；別的，在兩種狀況之間轉(zhuǎn)化磁場(chǎng)極性時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電子和原子的實(shí)踐移動(dòng)，這樣也就不會(huì)有所謂的失效機(jī)制。在MRAM中運(yùn)用的磁阻結(jié)構(gòu)非常類似于在硬盤中運(yùn)用的讀取辦法。所以這使得它具有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）的高速讀取寫入才能，以及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）的高集成度，并且基本上能夠無(wú)限次地重復(fù)寫入。

現(xiàn)在，干流的MRAM技術(shù)是STT-MRAM（自旋注入MRAM），作為MRAM的一種變體，其鄰近電子的自旋會(huì)影響MTJ（magnetic tunnel junction）的極性。與其他方式的MRAM比較，STT-MRAM具有更低的功耗和進(jìn)一步擴(kuò)展的才能，盡管STT-MRAM具有與DRAM和 SRAM恰當(dāng)?shù)墓τ?，比方即便堵截電源，信息也不?huì)丟掉，并且和DRAM一樣可隨機(jī)存??；可擦寫次數(shù)超過(guò)1015次,和DRAM及SRAM恰當(dāng),大大超出了閃存的105次等。 

瑞薩電子主攻的就是STT-MRAM，并為其不斷研制新技術(shù)。在去年年末的IEDM 2021上，瑞薩宣告確認(rèn)在16 nm FinFET邏輯工藝嵌入式STT-MRAM測(cè)試芯片上降低了功耗并提高了寫入操作速度。

RRAM全稱為Resistive Random Access Memory，電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，是以非導(dǎo)性材料的電阻在外加電場(chǎng)作用下，在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間完成可逆轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的非易失性存儲(chǔ)器。利用這種性質(zhì)儲(chǔ)存各種信息的內(nèi)存，可明顯提高耐久性和數(shù)據(jù)傳輸速度。

PCRAM又稱PCM、OUM（Ovonic UnifiedMemory）和CRAM（Chalcogenide Random AccessMemory），是一種利用相變材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)相變材料在電流的焦耳熱作用下，在結(jié)晶相態(tài)和非晶相態(tài)之間快速并可逆的轉(zhuǎn)化時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出的不同電阻率這一特性來(lái)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的技術(shù)。

PCM交融了DRAM內(nèi)存的高速存取及flash閃存在封閉電源后保存數(shù)據(jù)的特性，被視為未來(lái)內(nèi)存閃存的替代品。且因?yàn)镻CM屬于后段制程，簡(jiǎn)略與CMOS邏輯制程整合，不受組件微小化的規(guī)范，能夠跨越制程可縮性的間隔。一同PCM可重復(fù)寫入10萬(wàn)次以上，讀寫速度可抵達(dá)現(xiàn)有閃存的1000倍，寫入電壓小于2V，讀取電壓小于1V，不需求雜亂且高本錢的升壓電路設(shè)計(jì)，具有低耗電和低電壓操作的特色。

在2018年時(shí)，意法半導(dǎo)體就曾表明，ePCM解決方案能夠戰(zhàn)勝汽車對(duì)容量更大的嵌入式存儲(chǔ)器的需求，其最高工作溫度可達(dá)+165℃，能夠保證在高溫回流焊制程后其韌體／數(shù)據(jù)可無(wú)缺保存，并且抗輻射，為數(shù)據(jù)供給更多的安全保護(hù)。到了2021年8月，意法半導(dǎo)體初步向首要車商交貨其第一批Stellar SR6系列車用MCU，計(jì)劃于2024年量產(chǎn)。

演進(jìn)方向

根據(jù)三種新式存儲(chǔ)器的不同特性能夠看出其未來(lái)的演進(jìn)和改善方向有著明顯的不同。

關(guān)于傳統(tǒng)的MRAM，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體器件中本身無(wú)法引入磁場(chǎng)，需求引入大電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此需求在結(jié)構(gòu)中增加旁路。因此，這種結(jié)構(gòu)功耗較大，并且也很難進(jìn)行高密度集成，需求在功用和功耗之間進(jìn)行權(quán)衡。一同MRAM的存儲(chǔ)單元之間存在煩擾，當(dāng)對(duì)方針位進(jìn)行編程時(shí)，非方針位中的安閑層很簡(jiǎn)略被誤編程，尤其是在高密度情況下，相鄰單元間的磁場(chǎng)的交疊會(huì)愈加嚴(yán)峻。

從密度、能效比、本錢、工藝制程和良率各方面綜合衡量，ReRAM存儲(chǔ)器在現(xiàn)在已有的新式存儲(chǔ)器中都具有明顯優(yōu)勢(shì)。但RRAM最大的缺陷是其嚴(yán)峻的器件級(jí)變化性，RRAM器件狀況的改動(dòng)需求通過(guò)給兩端電極施加電壓來(lái)控制氧離子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的漂移和在熱驅(qū)動(dòng)下的渙散兩方面的運(yùn)動(dòng)，使得導(dǎo)電絲的三維描摹難以調(diào)控，再加上噪聲的影響，造成了器件級(jí)變化性。器件級(jí)變化性是制造牢靠的芯片產(chǎn)品的關(guān)鍵問(wèn)題。

PCM在組件特性、制程、運(yùn)用等多方面優(yōu)異的功用，讓其率先登上了MCU的舞臺(tái)，但是因?yàn)镻CM涉及到相變，當(dāng)一個(gè)器件單元中的相變材料處在高溫熔化狀況時(shí)，熱渙散或許會(huì)使相鄰的器件單元也產(chǎn)生相變，然后導(dǎo)致存儲(chǔ)信息的過(guò)錯(cuò)，且材料產(chǎn)生非晶態(tài)和晶態(tài)之間的改動(dòng)時(shí)，其體積會(huì)產(chǎn)生變化，從而或許導(dǎo)致相變材料和與其觸摸的電極材料產(chǎn)生剝離，器件失效。