突破性技術，有望為MRAM帶來大幅提升

過去的十年里，快閃記憶體革新了數據存儲和系統技術。但是快閃記憶體在性能、功率和使用壽命等方面也存在一些比較嚴肅的問題。而且它不會像其他半導體技術那樣不斷縮小工藝尺寸，所以廠商不得不採用大尺寸的3D製造。這就是為什麼該行業會對NVRAM技術的發展而感到興奮了。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RAM (SRAM)以及DRAM創建可行的替代方案。

MRAM是什麼?

對於MRAM的定義，下面有一段介紹：

……非易失性存儲器技術，通過磁存儲元件存儲數據。這些元件是兩個鐵磁板或電極，它們可以維持一個磁場，並且由非磁性材料分開……其中一個板塊的磁化強度是固定的(也就是一個「參考層」)……第二個板塊通常被稱為自由層，它的磁化方向可以由一個較小的磁場改變。

這裡是一個簡單的圖示:

磁RAM，或稱MRAM，已經投入生產了10年，主要用於嵌入式系統。通常，出於電力或耐久性的原因，快閃記憶體無法介入這一領域。其供應商，如Everspin和Spin Transfer Technologies(以下簡稱STT)，一直致力於提高MRAM的密度、性能和耐久性。

與快閃記憶體相比，MRAM有一些很大的優勢，包括:

低成本製造

製造工藝在28nm以下，不像快閃記憶體。

功耗更低，甚至比快閃記憶體低數百倍。

位元組可定址，如DRAM，不像快閃記憶體。

但MRAM也存在缺陷。許多嵌入式系統必須在高溫下運行，而高溫往往會損害數據保存能力。雖然MRAM單元所佔的面積只有SRAM的一小部分，但今天它並沒有那麼快，其保持力和耐久性也不是那麼好。當MRAM與DRAM對比競爭時，性能也是一個問題，還有密度。

什麼是進動自旋流?

進動自旋流(PSC，PRECESSIONAL SPIN CURRENT)的物理實現是在垂直磁性隧道結(pMTJ)上的三層薄層。這些薄的、獲得了專利的層對pMTJ的作用有四點:

·減少寫入單元所需的電流。

·在讀取時提高單元的數據保留度約10000x，減少讀取干擾問題。

·由於寫入電流減少，PSC增加了100x到1000x的耐久度。

·同時，隨著特徵尺寸的縮小，單元行為提高。

研發這一技術且獲得專利的，正是初創公司STT。該公司有一個磁學研發Fab，以5天的周期時間快速建立測試晶元。他們把晶元測試——每個都有數千個pMTJ設備——擴展到測試溫度、開關電流和其他參數。

市場情況

目前台積電、三星和格羅方德都有MRAM產品。此外，SK Hynix、東芝和高通等公司也在這方面進行研發，整個行業約投資了10億+美元，聚焦在Fab設備、材料研究和EDA工具等層面。

那麼MRAM的未來之路是什麼樣的呢?我們倒是期待它能有像當年NAND快閃記憶體一樣的經歷。快閃記憶體在80年代開始出貨，並慢慢地在硬碟上增加了磁碟技術無法提供的容量，例如Compact Flash(緊湊式快閃記憶體)。然後，真正的爆點出現了：快閃記憶體達到了DRAM的價格。在近20年的時間裡，突然間交易量激增，價格跳水，在接下來的5年里，快閃記憶體彷彿一夜之間獲得了成功。

據了解，STT的PSC技術直到2019年中後期才會進入商用產品，主要用於汽車、地理和其他困難環境的嵌入式應用。在一個日益移動化的世界，MRAM的廣泛應用將是一個很好的結果。

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