TSMC 22ULL eMRAM模具从Ambiq™Apollo4中移除
嵌入内存的另一项颠覆性技术!
另一个关于嵌入式内存(内存)的颠覆性产品已经到来，并很快被审查!台积电已经成功开发并商业化了22纳米STT-MRAM技术和器件集成的eMRAM产品。TechInsights从Ambiq™Apollo4 Blue MCU(母产品:Fitbit Luxe Fitness Band)中移除TSMC eMRAM芯片。Apollo4 SoC(封装标记:2M AMA4B)是第四代系统处理器解决方案，建立在Ambiq专有的次阈值功率优化技术(SPOT)平台上。
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TechInsights的新兴和嵌入式记忆专家认为，TSMC 22ULL EMRAM显示膨胀系统设计应用，如：
- 物联网设备
- 电池供电的端点设备
- 可穿戴设备
- 代码和数据的高效非易失性存储器
- 汽车
- 单片机(微处理器)
- 服务器
- 模拟控制器
- 传感器毂
Ambiq™Apollo4和TSMC 22ULL工艺，在不牺牲电池寿命的情况下实现高智能化
图1所示。Fitbit豪华健身手环包装
图2。Ambiq™Apollo4蓝色MCU包
图3。Ambiq™Apollo4蓝色MCU模具照片
Apollo4 SoC采用台积电22nm超低漏(22ULL) HKMG Gate-last工艺，基于32位Arm Cortex-M4处理器，具有FPU和Arm Artisan物理IP，在低深睡眠电流模式下实现MRAM 3 μA/MHz。与之前的Apollo2(10µA/MHz, eFLASH)和Apollo-3(6µA/MHz, eFLASH)相比，TSMC 22ULL eSTT-MRAM对于支持MCU功能的片上代码存储至关重要，以实现业界领先的功耗性能。图1、2和3显示了从Fitbit Luxe健身手环中移除的Ambiq™Apollo4蓝色MCU包和模具。在模具图像上添加模具标记和eMRAM阵列块的描述(蓝色框)。
低功耗eMRAM为代码和数据提供了一个非常大的、高效的非易失性存储器
图4。一个16Mb的eMRAM阵列模块，采用TSMC 22ULL工艺，采用Ambiq™Apollo4 Blue MCU芯片
Apollo4 MCU采用2mb (16mb)的MRAM在15.56毫米2MCUdie。图4显示了在Ambiq™Apollo4 Blue MCU芯片上使用TSMC 22ULL工艺的16Mb eMRAM阵列模块。之前的Apollo2 (AMAPH)和Apollo3 (AMA3B) SoC产品采用TSMC 40nm eFLASH工艺(40ULP)和2D NOR ESF3电池结构，第三代split gate Embedded SuperFlash由EG (Erase gate)、CG (Control gate)、FG (Floating gate)和WL SG (Select gate)组成。低功耗的eMRAM为代码和数据提供了一个非常大的、高效的非易失性存储器。MRAM不会遭受闪存带来的写损耗。
eMRAM细胞MTJ的SEM x -切片和斜面成像
图5。台积电22ULL eMRAM单元MTJ层的SEM x-切片图像
图6。台积电22ULL eMRAM单元MTJ层斜面俯视图图像
Last year, TechInsights did analyses on some recent eMRAM products such as Sony’s GPS SoCs manufactured by Samsung (28 nm FDSOI) and used in Huawei’s smartwatches, as well as Everspin/GlobalFoundries (GF) 28 nm 1 Gb stand-alone DDR4 STT-MRAM and Avalanche/Renesas 40 nm eSTT-MRAM ICs. However, TSMC 22ULL eSTT-MRAM is the most advanced technology node ever to date. The eMRAM 1-bit cell size is 0.046 µm2与Everspin/GF的28 nm STT-MRAM细胞(0.041µm2）.模组面积为2 MB的eMRAM，模组面积为1.90 mm2共16个子阵列块，eMRAM子阵列块大小为46,800µm2220 nm WL节距和210 nm BL节距。
MRAM/MTJ层嵌入金属-3 (M3)和金属-4 (M4)之间，刻蚀角77̊的圆形图案(x截面)。图5和图6为eMRAM单元MTJ层的SEM x-剖面图和斜面视图图像。与Apollo3相比，外围器件和内存器件的门距(最小)有所降低，外围器件的门距为170 nm至120 nm, eMRAM阵列的门距为230 nm至110 nm。
Ambiq Apollo Blue MCU(微处理器):比较产品规格
AMBIQ™Apollo Blue MCU系列的比较显示在表1中，Apollo2，Apollo3和Apollo4。AMBIQ的低功耗Apollo4 MCU制造在22ULL过程中将与GlobalFoundries的EMRAM（22nm FDSOI）相媲美，例如，用于GreenWave的AI处理器。TSMC的EMRAM正在接受16 NM FinFET平台，并将在2022年生产的卷。
| 设备 | Ambiq™阿波罗2蓝色MCU | Ambiq™阿波罗3蓝色MCU | Ambiq™阿波罗4蓝色MCU |
|---|---|---|---|
| 产品的例子 | 华为ERS-B29 Band 2 Pro | 华为TER-B19 Band 3 Pro | Fitbit Luxe(健身手环) |
| 包标记 | AMAPH | AMA3B | AMA4B |
| 电源电流 | 10μA/ MHz（EFLASH） | 6μA/ MHz（EFLASH） | 3μA/ MHz（EFLASH） |
| 死的标记 | 阿波罗2号Ambiq Micro 2016 | 阿波罗3号Ambiq Micro 2017 | 阿波罗4号Ambiq Micro 2020 |
| 模大小(密封) | 6.43毫米2 (2.55毫米x2.52毫米) |
10.72毫米2 (3.21毫米x3.34毫米) |
15.56毫米2 (3.95毫米x3.94毫米) |
| CMOS工艺 | 40 ULP | 40 ULP | 20妳 |
| 铸造厂 | 台积电 | 台积电 | 台积电 |
| 金属数量 | 8 (7 Cu, 1 Al) | 9 (8 Cu, 1 Al) | 10 (9cu, 1al) |
| 逻辑门距 | 170海里 | 170海里 | 120海里(HKMG) |
| 嵌入式内存 | eFLASH (2D NOR ESF3) | eFLASH (2D NOR ESF3) | eMRAM |
| eMemory门距 | 250 nm. | 230海里 | 110海里 |
| 内存位单元格大小 | 0.068µm2 | 0.068µm2 | 0.046µm2 |
| 内存区域份额和容量 | 14%, 8 Mb | 9%, 8 Mb | 10.4%, 16 Mb |
表1。Ambiq™Apollo Blue MCU系列对比表;阿波罗2号，阿波罗3号和阿波罗4号
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