Технология MRAM все чаще представляется как потенциальный кандидат на смену полупроводниковых микросхем памяти. Новое поколение этой технологии, ST-MRAM, особенно обнадеживает. Вокруг этого решения появилось довольно много мифов в общем мнении и не полностью указанная информация — избранные будут объяснены в тексте.

ST-MRAM или Spin Torque Magnetoresistive RAM — это новое поколение чипов MRAM, характеризующихся лучшей масштабируемостью и меньшим энергопотреблением. Это энергонезависимая память с временем чтения и записи, сопоставимым с системами DRAM и SRAM.

Некоторые из его свойств, однако, необычны и не имеют аналогов в других типах памяти. По этой причине иногда ошибочная или не совсем точная информация об этом типе системы доступна для широкой публики. Ниже приведены самые популярные из них.

Запись в память ST-MRAM полностью предсказуема и детерминирована

В большинстве других типов памяти, таких как SRAM и DRAM, запись определенного значения в ячейку памяти всегда приводит к установке выбранного состояния памяти, исключая ситуации, возникающие из-за аппаратных или программных ошибок или нарушений в среде. Запись в память MRAM, то есть изменение вектора магнитной поляризации одного из слоев ячейки памяти, является вероятностным явлением, то есть для определенных условий (включая интенсивность тока) существует определенная вероятность возникновения такого явления.

Большинство записей в памяти MRAM будут правильными, однако иногда могут возникать ошибки, вытекающие из самого принципа технологии. Одной из основных задач для разработчиков MRAM является сохранение как можно более низкого значения WER (частоты ошибок записи) и разработка эффективного метода компенсации ошибок записи.

Спецификация времени MRAM похожа на SRAM, поэтому в ближайшем будущем они должны полностью заменить этот тип памяти

Системы MRAM могут быть оптимизированы для конкретных параметров. Например, повышение уровня напряжения во время процесса записи улучшает как временные характеристики, так и вышеупомянутый индикатор WER системы.

В то же время это значительно увеличивает энергопотребление и снижает долговечность устройства, то есть количество циклов записи, при которых туннельный барьер выйдет из строя. Как и в случае любой технологии, ключом к успеху в конкретном приложении является поиск правильного баланса между несколькими взаимно ненормальными параметрами, такими как скорость, энергоэффективность, долговечность и время удержания.

Память MRAM — это более новая вариация старых ферритовых воспоминаний, только меньшего размера

Термин MRAM теперь относится к трем различным поколениям устройств. Первое поколение фактически работало используя переключение с помощью магнитного поля. Во втором поколении систем магнитные векторы параллельны поверхности подложки (кремниевая пластина), и их переключение происходит посредством протекания электрического тока непосредственно через магнитные слои. В третьем поколении векторы магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости магнитного слоя (подложки). Основные исследования и разработки в настоящее время сосредоточены на MRAM третьего поколения .

Память MRAM характеризуется высоким энергопотреблением

На самом деле, память MRAM очень энергоэффективна. По сравнению с Flash-системами, память STT-MRAM требует примерно в тысячу раз меньше энергии для записи одного бита данных. В отличие от памяти SRAM и DRAM, она не требует энергии для поддержания и обновления записанной информации.

MRAM — самая сложная из всех разрабатываемых технологий памяти нового поколения

Каждая из недавно разработанных и разработанных технологий памяти обладает некоторыми сложными свойствами и характеристиками, и MRAM не является исключением. Одним из этих аспектов является уже упомянутая вероятностная природа этого типа памяти.

Однако по сравнению с другими параллельно разработанными решениями основные принципы работы MRAM были гораздо лучше поняты и протестированы, поскольку эта технология в значительной степени основана на решениях, используемых в магнитных жестких дисках. Магнитный туннельный разъем, присутствующий в ячейке памяти MRAM , аналогичен разъему, используемому в головке жесткого диска, и в последние несколько лет в головках такого типа уже изготавливали бильярд.

Системы MRAM характеризуются скоростью памяти SRAM в сочетании с долговечностью флэш-памяти

Приведенное выше предложение будет верным, если каждая его часть читается отдельно. Скорость записи и время хранения являются взаимоисключающими параметрами — улучшение одной из этих функций приводит к ухудшению качества другой. Это правда, что системы MRAM могут иметь время хранения, сопоставимое или лучшее, чем у флэш-памяти, при этом имея более короткое время доступа и более высокую энергоэффективность. Одновременно MRAM-системы с параметрами времени, подобными SRAM, не смогут достичь времени удержания дольше, чем отдельные минуты или часы.

Процесс производства MRAM очень сложен

Производство MRAM в основном довольно простое: оно требует нанесения дополнительного слоя материала, затем травления и соединения. Задача состоит в том, чтобы получить материал надлежащего качества и его правильное травление для систем с высокой плотностью упаковки. После превышения соответствующего технологического порога производство схем MRAM не намного дороже, чем стандартные схемы CMOS — для этого требуется только добавление двух-трех дополнительных масок процесса.

Размер магнитного туннельного соединителя (MTJ) не должен превышать характерного размера технологического процесса

Размер MTJ довольно слабо связан с размером технологического процесса. Например, максимальный размер MTJ для процесса 28 нм составляет около 60 нм. Выбор правильного размера MTJ намного сложнее, потому что с этим параметром изменяется множество основных элементов спецификации памяти MRAM .

Оборудование для производства чипов MRAM напрямую связано с производством жестких дисков и поэтому не подходит для массового производства полупроводниковых систем.

Оборудование, предназначенное, как правило, для производства чипов MRAM, можно найти в предложении многих производителей и поставщиков. Такие устройства производятся между компаниями, такими как Tokyo Electron Limited, Applied Materials или LAM Research.

Магнитное поле, создаваемое ячейкой MRAM, может мешать работе соседних слоев CMOS, а также магнитных датчиков и компасов, используемых в мобильных устройствах.

Поле, возникающее из магнитных слоев, исчезает очень быстро (в зависимости от затухания) вместе с расстоянием. На глубине КМОП-транзистора его интенсивность (и в то же время влияние на работу схемы) незначительна.

Данные, хранящиеся в памяти MRAM, могут быть потеряны из-за внешних факторов — в этом отношении MRAM менее надежны, чем SRAM.

Принцип памяти SRAM и DRAM делает их особенно уязвимыми для потери данных из-за ионизирующего излучения. Чувствительность к этому фактору увеличивается с постепенным уменьшением размера ячейки памяти. Системы MRAM, в свою очередь, устойчивы к негативному воздействию ионизирующего излучения. По этой причине они могут быть отличным решением для космической промышленности и других применений, в которых присутствует сильное окружающее излучение.

Оставить комментарий