MRAM存儲(chǔ)器在未來將得到更多的應(yīng)用

MRAM是一種非易失性存儲(chǔ)器，可與其他的NVM技術(shù)相媲美，如閃存，英特爾的Optane，以及FRAM和RRAM（圖1）。每種NVM都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。雖然MRAM的擴(kuò)展性好，但其容量仍遠(yuǎn)低于NAND閃存， SSD中的高密度存儲(chǔ)介質(zhì)大都是NAND閃存。

1.嵌入式MRAM（eMRAM）現(xiàn)在具有競(jìng)爭(zhēng)力，可以在未來取代NOR閃存等技術(shù)。（由Coughlin Associates和Objective Analysis提供）

關(guān)于MRAM有很多傳說。有趣的是它有可能取代SRAM，特別是在使用SRAM進(jìn)行代碼存儲(chǔ)的嵌入式應(yīng)用中。德州儀器（TI）在其16位MSP430微控制器中使用FRAM進(jìn)行代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。然而，F(xiàn)RAM在更精細(xì)的幾何形狀方面不能像MRAM那樣擴(kuò)展，盡管它對(duì)于它所占用的空間來說是理想的。

嵌入式MRAM（eMRAM）具有快速讀/寫和高耐用性等優(yōu)點(diǎn)（圖2）。對(duì)于芯片開發(fā)商而言，MRAM主要是由硅工藝代工商提供支持的。這使得eMRAM能夠以最小的成本結(jié)合到新的芯片設(shè)計(jì)中。

eMRAM具有讀/寫速度快、耐用性高等優(yōu)點(diǎn)。（由Intuitive Cognition Consulting提供）

MRAM需要沉積20個(gè)獨(dú)特的分子層以形成磁隧道結(jié)（MTJ，SSDFans蛋蛋注：茅臺(tái)酒）。這些需要在芯片制造的蝕刻過程中來維持（圖3）。

MRAM需要沉積20個(gè)分子層（頂部）。硅代工廠可以處理這項(xiàng)任務(wù)，而不會(huì)影響結(jié)構(gòu)。（由Intuitive Cognition Consulting提供）

開發(fā)人員還在位單元大小和架構(gòu)方面進(jìn)行權(quán)衡（圖4）。1T-1MJT單元（左）是最小和最快的，但它具有最低的retention特性。讀取過程可能存在可靠性問題，并且感測(cè)放大器更難以設(shè)計(jì)。1T-1MJT Plus單元比1T-1NJT大30％，但它具有良好的讀性能和較慢的寫性能，具有更好的retention功能。2T-2MJT提供最佳的retention特性，但占用空間也更大。它的感測(cè)放大器易于設(shè)計(jì);但寫操作可能很棘手。

1T-1MJT單元（左）是最小且最快的，但它具有最低的retention特性。1T-1MJT Plus單元（中間），大30％，寫入速度較慢但retention特性較高。2T-2MJT提供最佳的retention，但占用空間更大。

如今，采用eMRAM代替嵌入式閃存相對(duì)容易（圖5）。eMRAM位單元較小，但需要更多的ECC以實(shí)現(xiàn)高可靠性。MRAM不需要閃存寫入時(shí)所需的高壓支持。MRAM將不再需要較大的高精度電壓基準(zhǔn)的感測(cè)放大器。此外，MRAM設(shè)計(jì)通常使用更寬的總線以獲得更好的性能。

eMRAM與嵌入式閃存相比較。雖然MRAM需要更多ECC以實(shí)現(xiàn)高可靠性，但它不需要閃存寫入所需的高壓支持。

MRAM的一家供應(yīng)商是Numem，它為面向的低功耗的eMRAM內(nèi)核提供IP。他們與所有主要的硅代工廠進(jìn)行合作。Numem正在展示其中一些代工廠生產(chǎn)的MRAM芯片。

MRAM已經(jīng)在許多應(yīng)用中使用，特別是用于存儲(chǔ)系統(tǒng)中的NVM高速緩存，例如SAS / SATA RAID控制器，替代DRAM后，就消除了對(duì)超級(jí)電容或備用電池的需要。

Everspin Technologies的MRAM技術(shù)也用于IBM最新的19-TB FlashCore模塊（FCM）。NVMe SSD使用64層TLC NAND作為主要的存儲(chǔ)介質(zhì)，MRAM作為緩存。如果使用MRAM代替DRAM或SRAM，這將減少SSD內(nèi)部電容的數(shù)量。該SSD還具有壓縮和安全選項(xiàng)，包括FIPS 140認(rèn)證。

未來采用eMRAM的SoC將擴(kuò)展MRAM緩存的市場(chǎng)。由于eMRAM的優(yōu)勢(shì)可以為許多應(yīng)用提供顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此大多數(shù)新的eMRAM SoC設(shè)計(jì)都會(huì)保密。