被視為次世代存儲器技術(shù)之一的自旋力矩傳輸存儲器(STT-MRAM),,在2016年12月舉辦的國際電子零組件會議(International Electron Devices Meeting;IEDM)中公開了若干突破性研究成果,,最值得注意的是推出了容量超過1Gb的產(chǎn)品,,以及將STT-MRAM嵌入CMOS邏輯芯片的技術(shù)實證。
MRAM算是次世代非揮發(fā)性存儲器科技中出現(xiàn)較早的一種,,其記憶單元以磁隧結(jié)(MTJ)組成,,由于占用體積大與耗電量高,最大容量約16Mb,,僅適用于若干特殊需求,;MTJ水平排列的iSTT-MRAM雖然成功縮小化,記憶密度還是偏低,,最大容量僅256Mb,。
直到較新的pSTT-MRAM出現(xiàn),MTJ改用垂直排列,,才能進(jìn)一步擴(kuò)大記憶密度,,韓國存儲器大廠SK海力士(SK Hynix)與東芝(Toshiba)從2011年起合作,到2016年成功推出目前容量最大的STT-MRAM,,記憶容量達(dá)4Gb,,雖然詳細(xì)數(shù)據(jù)并未公布,不過報導(dǎo)推算記憶密度與DRAM相當(dāng),。
不過,,存儲器技術(shù)要求的不只有記憶容量與密度,使用壽命與容錯能力等數(shù)據(jù)也很重要,,GlobalFoundries與Everspin Technologies合作,,對已上市的256Mb容量pSTT-MRAM進(jìn)行測試,可在攝氏100度環(huán)境下保存數(shù)據(jù)10年以上,,重復(fù)讀寫1億次也沒有明顯劣化問題,,顯示pSTT-MRAM技術(shù)已達(dá)成熟階段。
但以目前的容量而言,,STT-MRAM容量仍小,,離取代一般存儲器還有一段路要走,另一種比較可行的應(yīng)用,,是把STT-MRAM嵌入其他系統(tǒng)芯片,,目前已有SRAM嵌入邏輯芯片的技術(shù),而STT-MRAM記憶密度比SRAM更高,,有助于提高邏輯芯片內(nèi)的記憶容量,。
在IDEM 2016中,關(guān)于STT-MRAM嵌入系統(tǒng)芯片的應(yīng)用,,一個是高通(Qualcomm)與應(yīng)用材料(Applied Materials)的合作,,制造1Gb大容量的嵌入測試,另一個則是三星電子(Samsung Electronics)的28納米制程8Mb容量嵌入STT-MRAM的研發(fā),。
高通的發(fā)表中指出相當(dāng)有趣的一點(diǎn),,就是在嵌入式設(shè)計中,,由于重復(fù)讀寫次數(shù)減少,在同樣的可靠性要求下,,一般RAM須要求到10的15次方次讀寫,,STT-MRAM只要能保證10的10~12次方次讀寫,就可滿足需求,。
而三星的28納米加工技術(shù)是目前最精密的STT-MRAM制程,,為在CMOS邏輯芯片中加入STT-MRAM,由于有些程序與CMOS邏輯電路制程重疊,,只要增加3道光罩就可以有效嵌入STT-MRAM,,意味有可能低成本制出內(nèi)嵌STT-MRAM的邏輯芯片。
接下來STT-MRAM的商業(yè)發(fā)展,,將先從大容量產(chǎn)品開始,,抑或在嵌入式系統(tǒng)市場上普及,有待持續(xù)觀察,。