什么是eMRAM?研究現(xiàn)狀如何?

晶圓大廠格芯今天宣布，其基于其22nm FD-SOI 平臺的嵌入式、磁阻型非易失性存儲器（eMRAM）已投入生產(chǎn)。而公司正在接洽多家客戶，計劃2020年安排多次生產(chǎn)流片。格芯進一步指出，此次公告是一個重要的行業(yè)里程碑，表明eMRAM可在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、通用微控制器、汽車、終端人工智能和其他低功耗應用中作為先進工藝節(jié)點的高性價比選擇。

據(jù)格芯介紹，他們的eMRAM產(chǎn)品旨在替代高容量嵌入式NOR閃存（eFlash），幫助設計人員擴展現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)和微控制器單元架構(gòu)，以實現(xiàn)28nm以下技術(shù)節(jié)點的功率和密度優(yōu)勢。

什么是eMRAM

根據(jù)半導體行業(yè)觀察此前報道，所謂eMRAM 技術(shù)是自旋電子學（Spintronics，2007 年諾貝爾物理學獎）發(fā)展的重要產(chǎn)物。不同于傳統(tǒng)半導體存儲器如 DRAM、SRAM 和 NAND 閃存等利用電子的電荷特性進行數(shù)據(jù)存儲，eMRAM 是利用電子的自旋特性實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。其核心存儲器件為磁性隧道結(jié) MTJ，主要包含一個自由層、一個參考層和一個夾在兩者中間的絕緣層，參考層的自旋磁化方向固定不變，自由層的自旋磁化方向可以改變成和參考層相同或相反。當兩者自旋磁化方向相同，也即 MTJ 處于“平行磁化方向”狀態(tài)時，MTJ 呈低電阻狀態(tài)；反之，當兩者自旋磁化方向相反，也即 MTJ 處于“反平行磁化方向”狀態(tài)時，MTJ 呈高電阻狀態(tài)。在信息存儲領域，這兩種截然不同的電阻狀態(tài)可以分別用來代表二進制數(shù)據(jù)“0”和“1”。

作為一種新型存儲，eMRAM 具有非易失性、讀寫速度快、能耗低、集成密度高、耐久力強、天然抗輻射和隨工藝節(jié)點等比微縮等優(yōu)點。

經(jīng)過十余年的發(fā)展，eMRAM 技術(shù)終于在 2018 年下半年進入成熟期，行業(yè)市場普遍接納了其作為 28nm 及以下工藝節(jié)點嵌入式存儲技術(shù)的最佳解決方案。eMRAM 得益于其優(yōu)良的技術(shù)特性，便成為了 eFlash 和 eSRAM （L3 及以下層級的緩存應用）的最佳替代方案。正是因為其巨大的市場潛力，eMRAM獲得了晶圓代工廠的青睞，甚至連英特爾也對這個市場虎視眈眈。

但在我國，eMRAM的研究還相對落后。

在半導體行業(yè)觀察之前的報道中有講到，我國境內(nèi)地區(qū) eMRAM 技術(shù)領域相對非常空白。主要為幾家高校和科研機構(gòu)從事較為分散的自旋電子基礎科研活動，為代表的是北航。自 2018 年開始，隨著其它各 Foundry 代工廠商在 eMRAM 領域的快速推進，我國境內(nèi)最大的代工廠商中芯國際（SMIC）也積極進行布局，并且取得了快速的進展，有望在 2020 年開始風險量產(chǎn)。除中芯國際之外，華為海思也已經(jīng)從幾年前就開始了在 eMRAM 技術(shù)領域的準備與積累，并且針對其自身產(chǎn)品的需求與代工合作伙伴進行技術(shù)工藝的開發(fā)和優(yōu)化。
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