多年以來，行業(yè)一直在探索能否將 STT-MRAM 發(fā)展成 DRAM 的一種替代技術(shù)。但目前這方面的努力仍處于研發(fā)階段。

 

不管應(yīng)用領(lǐng)域如何，要讓這項技術(shù)更加主流，半導(dǎo)體行業(yè)還面臨著一些困難。比如在汽車應(yīng)用上，STT-MRAM 仍然需要證明自己能夠滿足高溫環(huán)境中嚴(yán)格的可靠性和數(shù)據(jù)存留要求。

 

“設(shè)計和開發(fā)基本的 STT-MRAM 內(nèi)存技術(shù)就花了許多年時間，” Web-Feet 的 Niebel 說，“開發(fā)一種新的 NVM 技術(shù)并將其投入生產(chǎn)需要至少 7 年時間，然后還需要另外 5 到 7 年才能將其整合進(jìn)客戶的產(chǎn)品周期中。”

 

因為這部分原因，Everspin 的 STT-MRAM 的目標(biāo)定位是用于 SSD 和 RAID 系統(tǒng)中的寫緩存應(yīng)用。傳統(tǒng)上，SSD 使用基于 DRAM 的緩沖區(qū)來幫助系統(tǒng)加速。但如果系統(tǒng)失去電源，數(shù)據(jù)就將面臨風(fēng)險。所以，SSD 還要集成電容器，但這會增加系統(tǒng)的成本。

 

為了解決這個問題，可以在 SSD 的寫緩沖區(qū)使用 STT-MRAM。Everspin 的 LoPresti 說：“一旦數(shù)據(jù)寫入到了我們的部件中，因為它們是非易失的，所以你就無需再連接超級電容或電池。”

 

嵌入式內(nèi)存市場也在持續(xù)升溫，尤其是 MCU 方面。一般來說，MCU 會在同一塊芯片上集成多種組件，比如 CPU、SRAM、嵌入式內(nèi)存和外設(shè)。NOR 閃存等嵌入式內(nèi)存則被用于存儲代碼或其它功能。

 

MCU 正在從 40nm 節(jié)點向 28nm 節(jié)點遷移，NOR 也遵循同樣的遷移路線。但在 20 幾納米節(jié)點，NOR 會開始遇到寫入速度慢和耐久性的問題。它的成本也會更高，因為需要更多掩模步驟。

 

28nm 節(jié)點之后，NOR 難以擴(kuò)展。聯(lián)電的 Sheu 說：“所以人們在尋找替代方案。這就是這段時間嵌入式內(nèi)存得到很大關(guān)注的原因。”

 

使用新的內(nèi)存類型替代 NOR 并不是一項簡單任務(wù)。Sheu 說：“這些參與競爭的全新內(nèi)存類型要得到更廣泛的采用，需要滿足性能、可靠性、密度和成本這些關(guān)鍵要求。”

 

那這都會怎樣發(fā)展呢？“我們繼續(xù)預(yù)期 28nm 將會是一個長時間的節(jié)點。”他說，“28nm 節(jié)點已有的浮動?xùn)艠O技術(shù)已經(jīng)證明在這一領(lǐng)域效果非常好。性能、耐久性和成本上的優(yōu)勢讓傳統(tǒng)的 eNVM 成為了一種多用途解決方案。隨著技術(shù)的成熟，它有望主導(dǎo)多種應(yīng)用領(lǐng)域，比如未來幾年的物聯(lián)網(wǎng)、汽車和移動設(shè)備領(lǐng)域。”

 

其他人同意這個觀點。 GlobalFoundries 的 Eggleston 說：“嵌入式閃存還將繼續(xù)存在很長時間。對于那些不想改變的保守客戶，他們將繼續(xù)要求代工廠在擴(kuò)展到更低的幾何尺寸時提供嵌入式閃存。”

 

但是目前 STT-MRAM 似乎已經(jīng)為 20 幾納米節(jié)點的嵌入式市場做好了準(zhǔn)備。其它的內(nèi)存類型還卡在研發(fā)階段。“對于嵌入式，我們看到了對速度的需求。”Eggleston 說，“MRAM 可以提供很好的耐久性和很高的寫入速度，寫入能耗也很低。MRAM 所帶來的成本增長與嵌入式閃存一樣或還稍微少一點。”

 

在最近一篇論文中，GlobalFoundries 透露已經(jīng)在一種 40 Mb 陣列中演示了 STT-MRAM 技術(shù)。這項技術(shù)有很低的誤碼率和 125 攝氏度下 10 年的數(shù)據(jù)存留時間，并且耐久性擴(kuò)展到了大約 107 個周期。

 

根據(jù)這個數(shù)據(jù)，嵌入式 MRAM 即使對更嚴(yán)格的應(yīng)用來說也堪稱完美。他說：“嵌入式閃存將繼續(xù)用于汽車應(yīng)用，但在一些應(yīng)用中，甚至是汽車應(yīng)用中，eMRAM 可以替代。”

 

在另一個應(yīng)用案例中，MCU 可以集成嵌入式 STT-MRAM 和 SRAM。MRAM 可以在代碼存儲上替代嵌入式閃存。

 

嵌入式 STT-MRAM 也可以承擔(dān)一些基于 SRAM 的緩存功能，從而節(jié)省空間和成本。他說：“你不能擺脫 SRAM，但你可以減少板上 SRAM 的量。SRAM 和 eMRAM 可以一起工作。”

 

 

隨著 STT-MRAM 的不斷發(fā)展，行業(yè)也在研發(fā)更具未來感的 MRAM 技術(shù)。其中一種技術(shù)是自旋軌道轉(zhuǎn)矩（spin orbit torque/SOT）MRAM，有望替代基于 SRAM 的緩存。

 

“有證據(jù)證明它們有更低的開關(guān)電流、更好的數(shù)據(jù)保存能力和更快的速度等優(yōu)勢，當(dāng)然，現(xiàn)在這個研究還處于一個相當(dāng)早的一個階段。”Everspin的LoPresti說。

關(guān)鍵詞：STT-MRAM

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