我们前不久和客户做了一个技术交流，发现针对传统的NOR Flash仍旧停留在40nm工业，已经完全跟不上MCU工艺的发展（20nm)，那么现在市场上有一些不同的技术路线，将传统的嵌入式NOR Flash的技术改进后可以融合进入MCU的内部工艺一起流片，例如一些3D-NOR FLASH技术的演进。

同时，针对市场上各类新型非易失性存储技术，即NVM(non-volatile memory)，主要是FeRAM（也称为FRAM)， MRAM， ReRAM (也称为RRAM），PCM（例如intel之前搞了15年的Optane/3D X-Point技术为代表），还有一些压磁技术PM-RAM，这些新技术克服了NAND FLASH的erase擦除次数的限制，普遍都可以达到几百万次擦除次数，甚至上亿次，这给这些新技术的预演、研发、验证和测试，尤其是验证和测试阶段带来了极大的挑战，如何快速测试成为了摆在所有从事此类技术研发的人的面前。

我们邀请的NplusT公司的CEO做的针对该类新型NVM测试的大概30分钟的高清技术交流视频，就是告诉你将该类验证如何从几十天缩短到几小时，从几十小时缩短到几分钟，从而可以大大加速科研，以及产品推出市场的时间。

【高清视频】新型储存技术动辄几百万次擦除次数，业内是如何加速测试的？

另外，今天的文章也在总结上述视频内容的基础上，讲解一下全球范围内上述4大类NVM技术以及代表的公司、发表的论文、研究的最新成果。

下面的文字总结分为三大部分：

1️⃣ 视频内容核心总结（TestMesh与3D-NOR/NVM测试） 

2️⃣ TestMesh技术体系与工程意义 

3️⃣ 全球四大类新型NVM技术（FeRAM / MRAM / ReRAM / PCM）的产业与研究进展

一、视频核心内容总结（TestMesh平台与NVM测试）

本视频由 意大利公司 NPlusT CEO Tamás 介绍其 TestMesh 非易失性存储测试平台。

视频的核心目的不是仅针对 3D NOR Flash，而是面向广泛的下一代非易失性存储（NVM）研发测试。

其主要目标用户：

  • 大学研究机构
  • 国家研究院
  • 半导体公司
  • IDM / Foundry
  • 存储芯片初创企业

例如合作客户包括：

  • Tower Semiconductor
  • STMicroelectronics
  • Infineon 等。

这些机构正在研发：

  • 新型 NVM 存储单元
  • memory array
  • neuromorphic computing memory
  • in-memory computing

二、TestMesh测试平台的核心技术思想

1 TestMesh定位：工程研发测试系统

TestMesh不是生产测试ATE（当然，可以结合客户需要定制开发ATE），而是工程研发测试系统。

目标是：

  • 提高研究效率
  • 快速进行存储器物理特性研究
  • 加速技术迭代

系统理念：

一体化测试平台（All-in-one instrument） 工程师开箱即可使用。

2 为什么需要这种设备

在新型存储研发中，测试往往是瓶颈。

例如：

一个简单循环：

  1. 选定 cell
  2. 施加写入脉冲
  3. 读出状态
  4. 再次施加脉冲
  5. 重复

当进行：

  • endurance test
  • cycling test
  • retention test

时可能需要：

百万级循环。

如果：

  • 每个pulse耗时1ms
  • 1K array
  • 1M cycles

测试可能需要：

几个月时间。

3 TestMesh的关键优势

（1）超高速测试

案例：

STMicroelectronics

传统方案：

  • Keithley + 测试脚本
  • 测试时间：43小时

TestMesh：

  • 3分钟

性能提升：

9000倍。

（2）硬件内执行算法

传统方案：



    
 
  1. PC
    2. 
 
  2. ↓
    3. 
 
  3. 仪器
    4. 
 
  4. ↓
    5. 
 
  5. 测量
    6. 
 
  6. ↓
    7. 
 
  7. PC分析
    8. 



TestMesh：




    
 
  1. 硬件内部执行算法
    2. 
 
  2. 硬件直接给出结果
    3. 



例如：


    
 
  • 是否达到电平 → 1bit结果
    • 



减少：


    
 
  • 数据传输
    • 
 
  • 软件处理
    • 





（3）低延迟通信


内部通信：


PCIe高速总线


特点：


    
 
  • 低延迟
    • 
 
  • 高带宽
    • 
 
  • 全同步资源。
    • 





（4）模块化架构


TestMesh是一个平台：


四种主要配置：



 
  

   
    
型号

   
    
用途

  

 
 
  

   
    
TMS

   
    
单个cell测试

  

  

   
    
TMA

   
    
小型array

  

  

   
    
TMC

   
    
crossbar array / in-memory computing

  

  

   
    
TMY

   
    
带数字接口的完整memory

  

 





（5）扩展单元


可扩展：


    
 
  • 高电压（>12V）
    • 
 
  • 高IO
    • 
 
  • 近端电流检测
    • 



例如：


NAND test chip 需要：


30V programming voltage。




三、为什么3D-NOR和各类NVM测试需要这种设备


NOR Flash目前：


    
 
  • 很多仍停留在 40nm工艺节点
    • 



但新趋势：


3D-NOR


特点：


    
 
  • 高密度
    • 
 
  • cross-point结构
    • 
 
  • 新材料
    • 



研发过程中需要：


    
 
  • cycling test
    • 
 
  • reliability test
    • 
 
  • disturb test
    • 
 
  • program algorithm optimization
    • 



TestMesh就是为这些场景设计。




四、全球四大类新型NVM技术


目前业界公认最重要的四类NVM技术：



 
  

   
    
技术

   
    
全称

  

 
 
  

   
    
FeRAM

   
    
Ferroelectric RAM

  

  

   
    
MRAM

   
    
Magnetoresistive RAM

  

  

   
    
ReRAM

   
    
Resistive RAM

  

  

   
    
PCM

   
    
Phase Change Memory

  

 



它们是：


下一代非易失性存储核心候选技术。


原因：


传统存储的瓶颈：



 
  

   
    
技术

   
    
问题

  

 
 
  

   
    
DRAM

   
    
需要refresh

  

  

   
    
NAND

   
    
写入慢

  

  

   
    
NOR

   
    
密度低

  

 





五、FeRAM（FRAM）


原理


利用：


铁电材料极化状态


来存储0/1。


典型材料：


    
 
  • HfO2
    • 
 
  • PZT
    • 



特点：


    
 
  • 写入速度快
    • 
 
  • 超低功耗
    • 
 
  • 高耐久
    • 





代表公司


    
 
  • Texas Instruments
    • 
 
  • Fujitsu
    • 
 
  • Cypress（Infineon）
    • 
 
  • Renesas
    • 





最新研究方向


近几年热点：


FeFET


铁电晶体管：


    
 
  • HfO2 ferroelectric
    • 



优势：


    
 
  • 可集成CMOS
    • 
 
  • 用于AI加速器
    • 



2025研究表明：


FeRAM可以用于


logic-in-memory计算。




六、MRAM


MRAM利用：


磁隧道结（MTJ）


结构：




    
 
  1. Ferromagnet
    2. 
 
  2. Tunnel barrier
    3. 
 
  3. Ferromagnet
    4. 



存储：


磁化方向。




MRAM类型



 
  

   
    
技术

   
    
特点

  

 
 
  

   
    
Toggle MRAM

   
    
早期

  

  

   
    
STT-MRAM

   
    
主流

  

  

   
    
SOT-MRAM

   
    
下一代

  

 





代表公司


    
 
  • Samsung
    • 
 
  • TSMC（embedded MRAM）
    • 
 
  • Everspin
    • 
 
  • Avalanche Technology
    • 





最新研究


二维材料MRAM：


利用：


    
 
  • spin-orbit torque
    • 
 
  • van der Waals heterostructure
    • 



可实现：


低功耗高速写入。




七、ReRAM / RRAM


ReRAM又叫：


Memristor


存储原理：


氧空位导电通道。




    
 
  1. Metal
    2. 
 
  2. Oxide
    3. 
 
  3. Metal
    4. 



电压改变：


    
 
  • filament形成
    • 
 
  • filament断裂
    • 





优点


    
 
  • 超高密度
    • 
 
  • crossbar array
    • 
 
  • neuromorphic computing
    • 





代表公司


    
 
  • Crossbar
    • 
 
  • Weebit Nano
    • 
 
  • SK hynix
    • 
 
  • Panasonic
    • 





最新研究


2025研究：


HfO2 forming-free ReRAM


实现：


    
 
  • 多bit存储
    • 
 
  • 低功耗
    • 
 
  • 更稳定。
    • 





八、PCM（Phase Change Memory）


PCM原理：


利用材料：


GeSbTe


在：


    
 
  • crystalline
    • 
 
  • amorphous
    • 



之间切换。




代表技术


Intel + Micron：


3D XPoint


产品：


    
 
  • Optane SSD
    • 
 
  • Optane DIMM
    • 



但：


2022 Intel停止Optane。




研究仍在继续


例如：


AI优化写入算法：


可降低：


63%写入能耗。




九、新型NVM市场趋势


目前市场：


高速增长。


驱动力：


    
 
  • AI
    • 
 
  • HPC
    • 
 
  • edge computing
    • 



全球主要厂商：


    
 
  • Samsung
    • 
 
  • Intel
    • 
 
  • Micron
    • 
 
  • SK hynix
    • 
 
  • Western Digital。
    • 



预计：


新型NVM市场


2030规模：


超过百亿美元级。




十、为什么TestMesh对这些技术很关键


新型存储研发需要：


测试类型：



 
  

   
    
测试

   
    
目的

  

 
 
  

   
    
IV curve

   
    
材料特性

  

  

   
    
endurance

   
    
寿命

  

  

   
    
retention

   
    
保持时间

  

  

   
    
disturb

   
    
干扰

  

  

   
    
switching speed

   
    
写入速度

  

 



而这些测试：


需要


大量循环 + 高精度电流检测。


TestMesh的定位就是：




    
 
  1. 新型存储研发阶段的
    2. 
 
  2. 核心表征设备
    3. 



比传统的Keysight B1500和Keithley SMU测试速度提高了几个数量级，主要定位是针对 memory array算法测试优化。


更多关于NVM测试技术和产品的内容，请参见下面白皮书的Chapter 7.2章节。
 
  

        # 性能优化
      
        # 人工智能
      
        # 嵌入式硬件
      
        # 驱动开发
      
        # 测试工具
      
        # 压力测试
      
  
 
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