英特尔、三星等半导体厂商争相抢夺,MRAM到底有什么魅力?

2019-01-03 17:17:00 来源:EEFOCUS
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烽烟起,存储器大战已迫在眉睫。要说参战方有哪些?分别是MRAM、PRAM、ReRAM。当然,篇幅有限,今天与非网小编就挑出其中的一项技术来为大家细细解说。
 

要说的就是最近引发大家关注的MRAM技术,在第 64 届国际电子器件会议 (IEDM) 上,全球两大半导体龙头英特尔三星就为此大打出手。他们展示了嵌入式 MRAM 在逻辑芯片制造工艺中的新技术。从上世纪90年代到现在,历经了数十年发展的MRAM,被业界认为是构建下一代非易失性缓存和主存的潜在存取器件之一。
 

MRAM技术简介
MRAM (Magnetic Random Access Memory,磁阻式随机存取存储),是一种非易失性存储技术,从 1990 年代开始发展。此技术速度接近静态随机存储的高速读取写入能力,具有闪存的非挥发性,容量密度及使用寿命不输 DRAM,但平均能耗远低于 DRAM,而且基本上可以无限次地重复写入。
 

MRAM的数据写入方式有两种:磁场写入模式和全电流写入模式。


 

采用磁场写入方式的磁性随机存储器
 

前者主要利用了字线与位线在MRAM记录单元上所产生的磁场,使MRAM的自由层在磁场的作用下实现与钉扎层平行和反平行方向的翻转,以此来完成0/1数据的写入。
 

后者利用了自旋转移矩效应(spin transfer torque,STT),使写入数据线直接通过MRAM记录单元,利用自旋转移矩效应实现磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)自由层的翻转。
 

MRAM芯片截面图
 

上图为EVERSPIN公司生产的MRAM产品截面图。MRAM单元可以方便地嵌入到逻辑电路芯片中,只需在后段的金属化过程增加制作MTJ需要的光刻掩模板的工艺即可。另外,因为MRAM单元可以完全制作在芯片的金属层中,将2-3层单元叠放起来是可以实现的,这也就可以在逻辑电路上方构造规模极大的内存阵列。

 


各类存储器的性能比较
 

与其他存储技术相比,MARM在速度、面积、写入次数和功耗方面能够达到比较好的折中,因此被业界认为是构建下一代非易失性缓存和主存的潜在存取器件之一。
 

MRAM特点
我们来看看MRAM有哪些特性。
 

首先看看MRAM有多快。

 

 

从上图可以看出,MRAM(Spin Torque MRAM)的读写速度跟DRAM差不多。3D-Xpoint、PCM等新型存储介质,在写速度方面跟MRAM相差二三个数量级。所有新型存储介质中,MRAM是唯一一个真正做到和DRAM一个级别访问速度的介质。
 

从上图我们还可以看到,MRAM非常耐写,1后面跟了很多很多0,可以认为是长生不老。
 

除此之外,MRAM还具有很好的数据保持性和宽的工作温度范围。
 

总结一下MRAM的特点:

 

 

基于闪存的SSD,由于每个block寿命有限,因此SSD固件需要做磨损均衡(wear leveling)算法。MRAM由于长生不老的特点,固件就无需实现wear leveling了。
 

闪存不能覆盖写(写之前需擦除block),因此SSD固件需要做垃圾回收。MRAM可以原地更新,因此不存在垃圾回收之说。
 

 
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作者简介
邱丽婷
邱丽婷

与非网编辑,网名:泥点子。愿做电子世界的沧海一粟,以赤子之心,追寻真理。

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