跟著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、5G、工業(yè)4.0等運用技術的提升，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)的閃存技術一直是約束MCU功用的瓶頸之一。這也促進各大廠商針對閃存技術展開研究，以期解決其兩個方面的首要問題：一方面，閃存的制程難以擴展到40nm以下，而低功耗MCU卻現(xiàn)已初步向28nm邁進，并且這些存儲單元難以集成到非常雜亂的高k金屬柵極技術中；另一方面，車載MCU中集成的閃存的可擦寫次數(shù)太少，跟著每個寫入和擦除周期，浮柵 NOR 單元中的地道氧化物會退化并且泄露會增加，然后加快閃存老化，使其不適合作為數(shù)據(jù)存儲器。

此外，盡管閃存的呈現(xiàn)改動了以前ROM所帶來的擦除程序數(shù)據(jù)困難的問題，但嵌入式閃存仍需求較長的寫入時刻，部分原因在于需求在寫入操作之前有必要進行擦除操作，這樣就會導致工作速度比閃存高兩到三個數(shù)量級的主MCU有必要等待存儲器拜訪，而這些問題都有或許對MCU芯片功用產(chǎn)生晦氣影響。所以現(xiàn)在越來越多的MCU廠商選擇將新式的存儲器集成在超低功耗MCU中，然后突破傳統(tǒng)閃存技術的約束，使MCU功用水平抵達一個新的高度。

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

MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)是一種非易失性(Non-Volatile，NVM)的磁性隨機存儲器。與大部分其它半導體存儲器技術不同，MRAM中的數(shù)據(jù)以一種磁性狀況(而不是電荷)存儲，并且通過丈量電阻來感應，不會煩擾磁性狀況。選用磁性狀況存儲有兩個首要長處：其一，磁場極性不像電荷那樣會跟著時刻而泄露，因此即便在斷電的情況下，也能堅持信息；別的，在兩種狀況之間轉化磁場極性時，不會產(chǎn)生電子和原子的實踐移動，這樣也就不會有所謂的失效機制。在MRAM中運用的磁阻結構非常類似于在硬盤中運用的讀取辦法。所以這使得它具有靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）的高速讀取寫入才能，以及動態(tài)隨機存儲器（DRAM）的高集成度，并且基本上能夠無限次地重復寫入。

現(xiàn)在，干流的MRAM技術是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一步擴展的才能，盡管STT-MRAM具有與DRAM和 SRAM恰當?shù)墓τ?，比方即便堵截電源，信息也不會丟掉，并且和DRAM一樣可隨機存取；可擦寫次數(shù)超過1015次,和DRAM及SRAM恰當,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。在去年年末的IEDM 2021上，瑞薩宣告確認在16 nm FinFET邏輯工藝嵌入式STT-MRAM測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，電阻式隨機存取存儲器，是以非導性材料的電阻在外加電場作用下，在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間完成可逆轉化為基礎的非易失性存儲器。利用這種性質(zhì)儲存各種信息的內(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介質(zhì)，通過相變材料在電流的焦耳熱作用下，在結晶相態(tài)和非晶相態(tài)之間快速并可逆的轉化時，會呈現(xiàn)出的不同電阻率這一特性來完成數(shù)據(jù)存儲的技術。

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，被視為未來內(nèi)存閃存的替代品。且因為PCM屬于后段制程，簡略與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可重復寫入10萬次以上，讀寫速度可抵達現(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計，具有低耗電和低電壓操作的特色。

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

演進方向

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

關于傳統(tǒng)的MRAM，因為在半導體器件中本身無法引入磁場，需求引入大電流來產(chǎn)生磁場，因此需求在結構中增加旁路。因此，這種結構功耗較大，并且也很難進行高密度集成，需求在功用和功耗之間進行權衡。一同MRAM的存儲單元之間存在煩擾，當對方針位進行編程時，非方針位中的安閑層很簡略被誤編程，尤其是在高密度情況下，相鄰單元間的磁場的交疊會愈加嚴峻。

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

PCM在組件特性、制程、運用等多方面優(yōu)異的功用，讓其率先登上了MCU的舞臺，但是因為PCM涉及到相變，當一個器件單元中的相變材料處在高溫熔化狀況時，熱渙散或許會使相鄰的器件單元也產(chǎn)生相變，然后導致存儲信息的過錯，且材料產(chǎn)生非晶態(tài)和晶態(tài)之間的改動時，其體積會產(chǎn)生變化，從而或許導致相變材料和與其觸摸的電極材料產(chǎn)生剝離，器件失效。