過(guò)去的十年里，閃存革新了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和系統(tǒng)技術(shù)。但是閃存在性能、功率和使用壽命等方面也存在一些比較嚴(yán)肅的問(wèn)題。而且它不會(huì)像其他半導(dǎo)體技術(shù)那樣不斷縮小工藝尺寸，所以廠商不得不采用大尺寸的3D制造。這就是為什么該行業(yè)會(huì)對(duì)NVRAM技術(shù)的發(fā)展而感到興奮了。英特爾的3D Xpoint是其中最有名的，但也有其他幾家公司在努力為靜態(tài)RAM (SRAM)以及DRAM創(chuàng)建可行的替代方案。

MRAM是什么?

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對(duì)于MRAM的定義，下面有一段介紹：

……非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，通過(guò)磁存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些元件是兩個(gè)鐵磁板或電極，它們可以維持一個(gè)磁場(chǎng)，并且由非磁性材料分開……其中一個(gè)板塊的磁化強(qiáng)度是固定的(也就是一個(gè)“參考層”)……第二個(gè)板塊通常被稱為自由層，它的磁化方向可以由一個(gè)較小的磁場(chǎng)改變。

這里是一個(gè)簡(jiǎn)單的圖示:

磁RAM，或稱MRAM，已經(jīng)投入生產(chǎn)了10年，主要用于嵌入式系統(tǒng)。通常，出于電力或耐久性的原因，閃存無(wú)法介入這一領(lǐng)域。其供應(yīng)商，如Everspin和Spin Transfer Technologies(以下簡(jiǎn)稱STT)，一直致力于提高M(jìn)RAM的密度、性能和耐久性。

與閃存相比，MRAM有一些很大的優(yōu)勢(shì)，包括:

• 低成本制造
• 制造工藝在28nm以下，不像閃存。
• 功耗更低，甚至比閃存低數(shù)百倍。
• 字節(jié)可尋址，如DRAM，不像閃存。

但MRAM也存在缺陷。許多嵌入式系統(tǒng)必須在高溫下運(yùn)行，而高溫往往會(huì)損害數(shù)據(jù)保存能力。雖然MRAM單元所占的面積只有SRAM的一小部分，但今天它并沒(méi)有那么快，其保持力和耐久性也不是那么好。當(dāng)MRAM與DRAM對(duì)比競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，性能也是一個(gè)問(wèn)題，還有密度。

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什么是進(jìn)動(dòng)自旋流?

進(jìn)動(dòng)自旋流(PSC，PRECESSIONAL SPIN CURRENT)的物理實(shí)現(xiàn)是在垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)上的三層薄層。這些薄的、獲得了專利的層對(duì)pMTJ的作用有四點(diǎn):

·減少寫入單元所需的電流。

·在讀取時(shí)提高單元的數(shù)據(jù)保留度約10000x，減少讀取干擾問(wèn)題。

·由于寫入電流減少，PSC增加了100x到1000x的耐久度。

·同時(shí)，隨著特征尺寸的縮小，單元行為提高。

研發(fā)這一技術(shù)且獲得專利的，正是初創(chuàng)公司STT。該公司有一個(gè)磁學(xué)研發(fā)Fab，以5天的周期時(shí)間快速建立測(cè)試芯片。他們把芯片測(cè)試——每個(gè)都有數(shù)千個(gè)pMTJ設(shè)備——擴(kuò)展到測(cè)試溫度、開關(guān)電流和其他參數(shù)。

市場(chǎng)情況

目前臺(tái)積電、三星和格羅方德都有MRAM產(chǎn)品。此外，SK Hynix、東芝和高通等公司也在這方面進(jìn)行研發(fā)，整個(gè)行業(yè)約投資了10億+美元，聚焦在Fab設(shè)備、材料研究和EDA工具等層面。

那么MRAM的未來(lái)之路是什么樣的呢?我們倒是期待它能有像當(dāng)年NAND閃存一樣的經(jīng)歷。閃存在80年代開始出貨，并慢慢地在硬盤上增加了磁盤技術(shù)無(wú)法提供的容量，例如Compact Flash(緊湊式閃存)。然后，真正的爆點(diǎn)出現(xiàn)了：閃存達(dá)到了DRAM的價(jià)格。在近20年的時(shí)間里，突然間交易量激增，價(jià)格跳水，在接下來(lái)的5年里，閃存仿佛一夜之間獲得了成功。

據(jù)了解，STT的PSC技術(shù)直到2019年中后期才會(huì)進(jìn)入商用產(chǎn)品，主要用于汽車、地理和其他困難環(huán)境的嵌入式應(yīng)用。在一個(gè)日益移動(dòng)化的世界，MRAM的廣泛應(yīng)用將是一個(gè)很好的結(jié)果。