半导体材料制作的内存是电子产品中关键性的零组件，而半导体式的内存组件又有挥发性与非挥发性之分。虽然目前非挥发性内存（Non Volatile Memory-NVM，以下本文将泛用NVM或NVRAM此一名称，它们指的是同一概念的内存）单位访问速度与容量不能与DRAM、SRAM等挥发性内存相比，但在成本效能比上也逐渐地在追赶当中。

内存本身就具有通用与中介的性质，所以发展出来的各类内存组件，多能通用于不同系统之间，例如一般DRAM就可以用在各类装置上，作为随机存取程序或数据之用。在市场上，内存甚至是少数得以浮动价格来买卖的通用商品，就像黄金、玉米或石油一样。内存业者的产销结构与库存控制，则直接影响价格的利率波动，因此，内存是典型的资本密集与技术密集的产业。

根据此一性质，业者当然也想发展出更通用的内存，于是竞相提出下一代的内存产品，而为了更通用之故，所发展的都是非挥发性的内存，这样才能既做为系统随机存取之用，又能组成各类的储存装置，例如嵌入在便携设备中的储存容量、弹性应用的记忆卡或固态硬盘等。

理想上或许只要发展一种通用的内存(universal memory)就可以了，但在实际的运作上，也会因为竞争而发展出各自的巧门与特殊专精之处，因此所谓通用内存只能说是一种理念或路线，不大会有实现的可能，但泛用各类的NVM来代替种种的内存则是必然的趋势。换句话说，在目前的市场竞合之下，内存只有阶段性的主角、配角或主流、非主流之分，以下将依次介绍此一发展路线，以及先进之NVM发展状况与应用关系。

NVM为通用性主流

非挥发性内存最初的技术与应用，在整个系统的内存中属于配角非主流的地位，主因则是在电源断失时还能保留记忆的技术，通常写入时要更高的工作电压与较长的写入时间，而且次数寿命也不够多。所以，在写入不易、次数不多的状况下，NVM的内存只能用于较少存取次数的功能组件，例如BIOS、嵌入式的韧体（数据、程序）等，并使用ROM、Flash之类的内存。然而在市场环境趋势、系统通用性与NVM技术不断进步的带动下，NVM已成为内存发展的主流，DRAM、SRAM等挥发性内存则渐渐成为配角了。(图一)

《图一 20年前IBM推出「先进」容量达1Gb的硬盘(左)与现在1Gb的Flash记忆卡(右边手持)相比，可以看出NVM的通用性与前瞻性。》

市场环境的趋势

从图一中可以了解，市场的3C产品无不走向轻薄短小的应用，而且可携式、行动化的记忆储存装置更能提供便利性的整合需求。例如智能型手机或数字相机，也都会内建基本的NVM记忆储存空间，并加装记忆卡来进行扩充。目前主流使用的NVM则是NOR Flash与NAND Flash，因为用半导体材料的Flash很容易整合在狭小有限的机板空间上，著名的iPhone智能型手机就内建8GB的Flash(图二)。其它一些消费性电子如MP3、随身碟等也都是用Flash来做记忆储存，由于智能型手机、数字消费性电子越来越重要，使得Flash的需求持续增加，根据Gartner Dataquest的统计指出，2006年NOR Flash加NAND Flash营收总额达202.3亿美元，而整体NVM的需求量也已超过DRAM。

《图二 Apple公司出的iPhone功能多，也够轻薄短小，一定得用高速、大容量且低耗电的高档Flash才能应付。》

即使是一般Notebook PC或是UMPC也有这样的需求，由于这一类的行动运算PC主要是做为一般处理与终端上网之用，因此本身除了要求轻巧、快速开机之外，也不需要用到市场上动则上百GB的硬盘，因此越来越多的装置也都内建Flash做为记忆储存之用。著名的低价笔记本电脑OLPC，除了带来低价的风潮，同时也是计算机使用上的一大革新，它的BIOS使用1024KB SPI接口的flash ROM，另外使用1024 MB SLC高速接口的 NAND flash做为其它记忆储存之用。(图三)

《图三 OLPC的机板直接嵌入了4颗256MB的Flash做为记忆储存之用》

通用于各类记忆储存之需要

当然，轻薄短小的便携设备不一定要用Flash，微型硬盘也很好用，但论到通用性则非半导体的NVM莫属，Flash做成的记忆储存模块、固态硬盘、记忆卡、韧体IC等，能代替一般的硬盘机、软盘驱动器、EEPROM内存等，所以它的通用性很明显，也很实际。只要成本效能合乎市场的需要，那么一个简单易于统合应用的NVM记忆储存系统，对于制造业者、第三方开发应用者与用户都是相当有利的一件事，因为记忆储存的配置会更灵活有效率。

另外，先进的NVM随机存取内存（NVRAM），也有潜力取代DRAM或SRAM在系统中的地位。其中一是现行的NVRAM如NOR Flash、FeRAM等已可用在一些容许运算处理效能略低的系统上，以便代替一般的DRAM或SRAM，如手机业者会用FeRAM代替SRAM，NOR Flash代替DRAM；再者是新一代NVM不断地在演进，业者纷纷尝试创新Flash、FeRAM、MRAM、PCM或其它新颖NVM的解决方案，试图做成完全通用型的NVM内存。

NVM读写速度与容量逐渐扩增

本文的立论之一为内存会走向NVM的趋势，但NVM本身仍会有多样的市场竞争，也就是端赖速度与容量的需要来发展与应用。目前NVRAM就能代替一些DRAM、SRAM的使用，同理当NVM读写速度与容量越来越高时，所能通用替代的范围就会越来越大，NVM已从配角走向主流，未来则是那一种发展中的NVM会成为主流中的主流，进而取得技术与市场的竞争优势。

但NVRAM要想完全替代DRAM、SRAM还有一大段路要走，而且DRAM、SRAM本身也不停地在进步，想要迎头赶上谈何容易？目前NVRAM除了主流的Flash外，还有FeRAM、MRAM、PCM（PRAM）、STT-RAM（另一种MRAM）等进入实际的市场竞争发展，因此本文将针对这些主要NVRAM做一些初步的分析与比较。

主要NVM之比较与分析

目前的NVM各具优势，但也都有一些缺点，所以还能各有市场且保持相互竞争的态势，不过还是以NOR与NAND Flash为目前NVM的主流，只是Flash目前使用的Floating Gate Flash技术，在45奈米之后将会面临瓶颈，必须要有新的技术来突破，才能延续，其它NVM也都有相当的潜力，也有更创新优异的技术正蓄势待发，如STT-RAM等，可说是家家有机会、个个没把握。(表一)

基本技术原理

依照2006年ITRS公布之内容标准，将内存分为基线技术（Baseline Technology）与原型技术（Prototypical Technology）两种，基线技术方面的内存有DRAM、SRAM、NOR Flash与NAND Flash(表一)；而在原型技术方面的内存有SONOS、FeRAM、MRAM与PCM，至于STT-RAM由于是新的解决方案，并没有列在其中，但因为是MRAM的改良，所以应该也是原型技术。另外就是SONOS同属于Flash的技术，只是在储存上利用的是Charge Trapping原理，所以也列在原型技术的内存表中(表二)。

原型技术

FeRAM是利用特殊的铁电材料结构，在加上电压后得到极化量改变与极化方向的变异，以此来做为储存之讯号。MRAM是利用巨磁阻或穿隧式磁组原理来作为记忆储存单元。PCM是利用电流产生热以改变材料结构，藉此完成数据储存的功能。当短脉冲之大电流通过相变化材料后，材料因被急速加热融化后随即快速冷却，导致结晶程度差而呈现高电阻质。反之，若施予长脉冲小电流，则材料冷却速度缓，结晶程度佳，电阻质因而下降。材料阻值高低即成为判断数字数据0与1的依据。

综合效能比较分析

在(表三)中做了一个各类内存的效能比较，也列入了最新的STT-RAM，显然STT-RAM与PCM的成本效能与通用性最值得期待，有机会成为下一波的NVM主流，不过还有许多技术上的考验来证实，同时也要有市场经济规模的支持才行。

当然，内存容量的进展也是否能成为主流的关键因素，NAND Flash就是因为容量够大，即使读写效能较差，也能够受到市场的广泛使用，并跃升为NVM一大主流，未来Flash再以经济规模再来做技术改进，前途仍然大有可为。记忆单元的尺寸（Cell Size）越小，生产的内存容量也就越大，同时单位成本也越低，所以制程技术的挑战也不容忽视，FeRAM发展的相当早，但未能成为主流也是此一因素，(图四)就是各类内存Cell Size的进展趋势比较，是相当重要的参考指针。

《图四 各类内存Cell Size进展趋势比较（数据源：ITRS-2007；IEK 2007/05）》

台湾NVM厂商现况报导

在台湾发展NVM最专业的莫过于旺宏电子了，以IDM厂而言也只有旺宏与华邦两家，然而他们都是发展NOR Flash为主，NOR不像NAND需要自主晶圆厂来拼产能，因此也面临成本效益上的考验。以Design House来经营的有常忆科技等，做起来似乎灵活一些，但规模与研发能力也会受限；美商的SST算是规模较大的NVM设计制造厂，其经营团队也以台湾人为主，但他们也明白表示市场成长显然已趋缓饱和，需要发展一些延伸性产品来扩展业务。以下将分别介绍这几家厂商的发展现况：

旺宏电子（Macronix）

成立于1989年的旺宏电子，是一家致力于非挥发性内存的专业IDM大厂，过去所发展的Mask ROM产品，主要提供任天堂游戏机的使用，目前几乎是全世界硕果仅存的Mask ROM供货商，市场占有率高达九成以上。虽然如此，该公司仍持续开发ROM的新技术，并以NBit技术成功推出1Gb的XtraROM产品。前些年该公司受到市场波及，营运上相对沈潜低调，但就在2006年减资并出售12吋晶圆厂予力晶，再经过一番重整之后，已陆续推出新的营运展望与前瞻性技术。

旺宏微电子及内存事业群副总经理倪福隆在接受采访时表示，该公司投入在研发上的经费占营收的13~14%，而且从过去以来就一直保持此一水平，有时候甚至高达20%以上，因此这两年才能以前瞻性技术与高质量来提高获利能力并扩大市场占有率。

关于技术成果，倪福隆说明其Flash目前已达到0.13微米的先进制程，也会继续往更小的cell size前进。至于Flash在45奈米以后的发展，由于既有的Floating Gate层会因为相互间距离过近而产生干扰，恐怕无法再胜任电荷储存的功能，所以该公司也提出「BE-SONOS」的技术架构，这是改良SONOS传统CTF穿遂介电层储存电荷容易漏失的问题。

有了创新独到的BE-SONOS技术，旺宏是否会投入NAND Flash的开发生产？倪福隆则表示目前没有具体的生产计划，但也不排除未来的可能性发展（编者按：可能的话也在4、5年之后，旺宏于2007年5月28日表示，将与全球第三大DRAM厂奇梦达（Qimonda）合作进军NAND Flash领域。）。该公司的NOR Flash是以独立组件的方式来产销，至于嵌入式的应用倪副总并没有特别提及，以其IDM的特性，即使有也只是策略性的产品吧。当问到以台湾优势的产业链模式，旺宏是否也考虑走向纯粹的IC设计厂时，倪福隆仍表示不排斥且不无可能的意思，不过他强调，当自有的晶圆厂产能满载时，还是产销成本最低、获利最高的模式，所以目前旺宏的经营型态是以轻晶圆厂（Light Fab）来做定位。

旺宏对于新一代内存也已有发展与斩获，早期曾尝试投入FeRAM，后来评估后放弃，最令人瞩目的是与IBM、Qimonda共同发展的PCM，不仅在技术上有重大的突破，相关的论文同时入选为IEDM年度大会最重要的论文之一，具有深远的影响性意义(图五)。虽然PCM的各项特性都相当优异，但其它NVRAM的解决方案也陆续提出，对此倪福隆也语带保留的表示，各种解决方案还是得取决于市场营销上的有效运作才能胜出，台湾厂商在这方面是有先天不足之处，而且他也认为现在谈通用性替代DRAM的NVM解决方案还言之过早。

《图五 旺宏电子副总经理倪福隆手持该公司试产成功的1Mb PCM晶圆》

所以在市场的竞合上，虽然台湾厂商可能无法超越先进大厂，暂时无法全面主导产品标准，不过倪福隆认为台湾在整个半导体产业仍然具有绝对的发展优势，例如能以更优异的产能、成本取得竞争力，甚至在研发上也常有杰出的表现，因此能吸引国际大厂提供资金相互结盟合作，以取得先进的技术与IP，相对增加更多的竞争筹码。

华邦电子（Winbon）

成立于1987年的华邦电子，也是一家IDM大厂，经营的项目则比较多元，分为五大事业群─消费电子IC事业群、DRAM产品事业群、记忆IC制造事业群、计算机逻辑IC事业群与闪存IC事业群。光内存的产品就含盖DRAM、SRAM与Flash，也因为范围广的关系，每个事业群各自为一个利润中心来营运。由于本刊在邀访本次封面故事主题时，该公司正在调整事业结构，且闪存事业群也即将换任新的处长，所以只能以既有的数据来做报导。该公司预计明年还会将逻辑事业部门再切割出去，并成立另一家新的公司来营运，也就是说华邦也即将成为一家专业内存IDM厂。

有关NVM的产品，华邦是以NOR Flash的开发为主，在新技术上的扩展并不明显，原则上是以跟进量产的规模来配合市场的需要，虽然Serial与Parallel系列都有，但也只发展到32?Mb的容量（旺宏电子Flash容量已发展到128Mb）。值得观察的是，原本生产Flash的八吋厂即将于2008年1月出售给世界先进接手，届时可能得交由其它代工晶圆厂来生产。

不过华邦仍持续在发展新的Flash技术，今年八月并且宣布推出首颗四信道SPI串行Flash内存组件，这种快速高性能的NVRAM，可以替代系统中SDRAM的使用，相对减少系统中的组件与成本，这也是该公司在Flash市场的利基发展方向。

常忆科技（Chingis）

成立于1995年的常忆科技是一家Fabless的半导体公司，从中文名称就可以知道是专业于非挥发性内存的开发商，产品包括标准的Flash内存组件与嵌入式Flash解决方案。该公司业务处副总经理林政纬在接受采访时表示，他们是以特有的P-Channel技术来发展相关的产品，目前专注在低密度Flash的领域。林政纬并强调此一技术以2颗晶体管来做为一个记忆单元，有别于一般1颗晶体管的架构，因此能够以较低耗电与低工作电压的方式来运作。(图六)

《图六 常忆科技业务处副总经理林政纬与产品应用部经理吴孟和（右）》

常忆独立组件产品除了标准Flash外，另外也拥有与Intel芯片组之标准配合的FWH/LPC Flash整合产品，以及SPI serial Flash技术，该公司产品应用部经理吴孟和表示他们很早就注意到高效能SPI的技术趋势，所以能提供全世界最快的SPI Flash应用在各类高效能系统产品（如视讯绘图卡）上。至于嵌入式的应用，他们则是提供晶圆代工厂的搭售为主，不过也会依照客户的需求来配合做设计服务或客制化的项目。吴孟和特别说明其嵌入式业务是以pFusion平台来整合系统中相关的NVM需要，包括Flash、OTP、EEPROM、MTP等，提供更有弹性的解决方案。

关于以纯粹IC设计厂的型态来经营Flash产品，林政纬认为这是台湾厂商在产业炼上的优势，目前他们的产品交由晶圆代工厂生产，以成本技术上的综合考虑而言就相当划算，SST就是以此一模式配合TSMC代工生产，并获取很好的利润。他认为除非要拼量产规模的NAND Flash产品，才须要拥有自主技术与产能配合晶圆厂，而且台湾厂商在这方面的规模运用还差国际大厂一大截，基本上还是以跟随的方式，再寻求进一步的策略联盟，例如力晶与尔必达的产销联盟模式。

结语

他认为除非要拼量产规模的NAND Flash产品，才须要拥有自主技术与产能配合晶圆厂，而且台湾厂商在这方面的规模运用还差国际大厂一大截，基本上还是以跟随的方式，再寻求进一步的策略联盟，例如力晶与尔必达的产销联盟模式。