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新一代STT-MRAM容量提高到Gb

2017-02-15 14:33:03

      被視為次世代存儲(chǔ)器技術(shù)之一的自旋力矩傳輸存儲(chǔ)器(STT-MRAM),在2016年12月舉行的國(guó)際電子零組件會(huì)議(International Electron Devices Meeting;IEDM)中公開(kāi)了許多突破性研究成果,最引人注目的是推出了容量超過(guò)1Gb的產(chǎn)品,以及將STT-MRAM嵌入CMOS邏輯芯片的技術(shù)實(shí)證。
      MRAM算是次世代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器科技中呈現(xiàn)較早的一種,它的記憶單元以磁隧結(jié)(MTJ)組成,由于占用體積比較大與耗電量高,最大容量約16Mb,只適用于某些特殊需求;MTJ水平排列的iSTT-MRAM雖然成功縮小體積,但是記憶密度還是偏低,最大容量?jī)H為256Mb。
      直到較新的pSTT-MRAM的出現(xiàn),MTJ改用垂直排列,才進(jìn)一步擴(kuò)展了記憶密度,東芝(Toshiba)與韓國(guó)存儲(chǔ)器大廠SK海力士(SK Hynix)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)到4Gb,雖然詳細(xì)數(shù)據(jù)還沒(méi)有發(fā)布,不過(guò)報(bào)導(dǎo)推測(cè)記憶密度與DRAM相當(dāng)。
     不過(guò),存儲(chǔ)器技術(shù)要求的可不只是記憶容量與密度,使用壽命與容錯(cuò)能力等數(shù)據(jù)也非常重要,GlobalFoundries與Everspin Technologies合作,對(duì)已上市的256Mb容量pSTT-MRAM進(jìn)行試驗(yàn),可在攝氏100攝氏度的環(huán)境下保存數(shù)據(jù)10年以上,重復(fù)讀寫1億次后也沒(méi)有明顯劣化問(wèn)題,顯示pSTT-MRAM技術(shù)已達(dá)成熟階段。
     但對(duì)目前的容量來(lái)說(shuō),STT-MRAM容量仍不夠大,離取代一般存儲(chǔ)器還有一段距離,另一種可行性辦法是把STT-MRAM嵌入其他系統(tǒng)芯片,目前已有SRAM嵌入邏輯芯片的例子,而STT-MRAM記憶密度比SRAM更高,更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(gè)是高通(Qualcomm)與應(yīng)用材料(Applied Materials)的合作,制作1Gb大容量的嵌入測(cè)試,另一個(gè)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)表中指出非常有意思的 一點(diǎn),就是在嵌入式設(shè)計(jì)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須達(dá)到10的15次方次讀寫,STT-MRAM只需保證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,為了能在CMOS邏輯芯片中加入STT-MRAM,由于有部分程序與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,就有可能低成本制出內(nèi)嵌STT-MRAM的邏輯芯片。
     接下來(lái)STT-MRAM的商業(yè)發(fā)展,將先從大容量產(chǎn)品開(kāi)端,亦或在嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)上普及,有待持續(xù)觀察。

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