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独立MRAM的应用

  • 林育中
MRAM的制程在快速进展中,于嵌入式存储器的应用已有一席之地,于独立存储器则有待观察。Everspin

MRAM在半导体制程嵌入式存储器的应用算是站稳脚了,剩下的只是能替代几层cache的问题。但是最早的MRAM产品是独立存储器的形式,虽然在第一代toggle MRAM-用电流产生磁场、进而翻转磁矩-的能源效率不高,写入电流高,单元面积也大,但是对于要求写入速度快、永久储存的利基市场已经初试啼声。

随著MRAM的技术演进,写入电流大幅下降,需要提供驱动电流的CMOS也随之变小,因而密度得以大幅提高。现在Everspin用28nm可以做出1Gb的STT MRAM,接口是现在DRAM常用的DDR4,这意味著它写入速度已如DRAM一般,在10ns左右,更好的是它毋需定期更新(refresh),节省能耗;读取资料也不是破坏式的,因此也不必再重新写入资料。

就如同一般新科技产品,刚开始时因为成本高,只能先攻取单价高的利基市场。一个典型的MRAM应用例子是数据中心的独立硬盘随机阵列(Random Array Independent Disk;RAID)。网络资料上传时数据中心写入固态硬盘中NAND的速度很慢,所以需要DRAM当资料缓冲存储器。但是若发生断电时,DRAM上正在处理的资料就会流失,对于处理重要数据如金融交易是不可承受之重,而这就是MRAM上场的时机了。去年Everspin发表的案例研究server storage accelerator道理与此相近。

IBM才发表的19TB SSD,也是用几片Everspin的1Gb STT MRAM当成写入缓冲存储器,道理同样是预防断电时的资料流失。它还有另外的好处,一个以DRAM当写入缓冲存储器的硬盘如果要预防断电资料流失,需要加装超级电容(supercapacitor),提供断电后的电源让DRAM中的资料能顺利移转到SSD中的NAND。但是超级电容很贵,超级电容加DRAM的价格便足以支持MRAM的使用。另外,超级电容体积很大,无法装进Intel SSD M.2的规格,MRAM就没这问题。

MRAM的制程还在快速进展之中,目前实验看到的是,它可以持续下降到10nm以下,而且写入电流翻转磁矩的效率还在快速提升,这使得提供写入电流的CMOS-目前微缩尺寸的瓶颈-得以有效微缩。做MRAM的人总想瓜分DRAM市场,目前在嵌入式的应用看来时机到了。至于独立存储器呢?只能说再假以时日吧!

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。