Μνήμη SOT-MRAM με στρώμα βολφραμίου: το στοίχημα που ενώνει την ταχύτητα και την αποδοτικότητα

Οδηγός Υλικού » Εξαρτήματα » αποθήκευση » Μνήμη SOT-MRAM με στρώμα βολφραμίου: το στοίχημα που ενώνει την ταχύτητα και την αποδοτικότητα

Μνήμη SOT-MRAM με στρώμα βολφραμίου έχει εισέλθει στη συζήτηση υψηλού επιπέδου σχετικά με το μέλλον της πληροφορικής για έναν σαφή λόγο: υπόσχεται να συνδυάσει την ιλιγγιώδη ταχύτητα, τη μη μεταβλητότητα και την εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας στο ίδιο τσιπ. Στην εποχή της Τεχνητής Νοημοσύνης και του Διαδικτύου των Πραγμάτων, όπου κάθε χιλιοστό του watt μετράει, αυτή η μαγνητοαντίσταση τεχνολογία στοχεύει να επαναπροσδιορίσει τόσο το Μνήμη RAM υψηλής απόδοσης όπως η μη πτητική αποθήκευση.

Πέρα από τον τίτλο, τι πραγματικά αλλάζει το παιχνίδι Αυτές είναι συγκεκριμένες εξελίξεις: κυψέλες που γράφουν σε 0,35 νανοδευτερόλεπτα χωρίς βοηθητικό πεδίο, ισχύς εγγραφής μόλις 156 fJ και βελτιώσεις 35% σε σύγκριση με τις προηγούμενες γενιές SOT. Όλα αυτά διατηρώντας παράλληλα τη θερμική σταθερότητα και ένα Πολύ υψηλός TMR, βασικά συστατικά για τη μεταφορά της MRAM από το εργαστήριο στο εργοστάσιο των 300 mm και στη συνέχεια στον φορητό υπολογιστή, το κινητό τηλέφωνο ή το κέντρο δεδομένων.

Τι είναι το SOT-MRAM και γιατί όλοι μιλάνε γι' αυτό;

Το SOT-MRAM (Spin-Orbit Torque MRAM) είναι μια παραλλαγή του MRAM που χρησιμοποιεί ροπές περιστροφής-τροχιάς που παράγεται σε στρώματα βαρέων μετάλλων για να αλλάξει τη μαγνητική κατάσταση ενός "ελεύθερου στρώματος" μέσα σε μια μαγνητική σύνδεση σήραγγας (MTJ). Σε αντίθεση με την DRAM και την SRAM, δεν απαιτεί ανανέωση και, σε σύγκριση με τη μνήμη flash, γράφει γρήγορα, χωρίς υψηλές τάσεις και με σχεδόν απεριόριστη αντοχή.

Σε μια τυπική MTJ συνυπάρχουν ένα σταθερό σιδηρομαγνητικό στρώμα (αναφοράς), ένα εξαιρετικά λεπτό μονωτικό φράγμα και ένα ελεύθερο σιδηρομαγνητικό στρώμα του οποίου ο προσανατολισμός μπορεί να αλλάξει. Εάν και τα δύο στρώματα είναι ευθυγραμμισμένα, η αντίσταση είναι χαμηλότερη. εάν είναι αντιπαράλληλα, η αντίσταση αυξάνεται. Αυτή η διαφορά μετριέται κατά την ανάγνωση για την κωδικοποίηση του 0/1, μη καταστροφικά και πολύ γρήγορα.

Το SOT-MRAM τοποθετεί το ρεύμα εγγραφής σε ένα επίπεδο παράλληλα με το κελί, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Hall spin σε υλικά όπως το βολφράμιο, το ταντάλιο ή η πλατίνα για την έγχυση στροφορμής στο ελεύθερο στρώμα. Το πλεονέκτημα; Εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες και λιγότερη φθορά, εκτός από τον φυσικό διαχωρισμό των διαδρομών ανάγνωσης και εγγραφής, γεγονός που βελτιώνει την αξιοπιστία ολόκληρου του συστήματος.

Φυσική σε δύο διαδρομές: σπιν, MTJ και οι δύο διαδρομές μεταγωγής (STT vs SOT)

Το σπιν του ηλεκτρονίου μπορεί να θεωρηθεί ως μια μικροσκοπική κβαντική πυξίδα που δείχνει «πάνω» ή «κάτω». Μαγνητοαντίσταση σήραγγας Αυτό συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια διέρχονται από το μονωτικό φράγμα με ποικίλες πιθανότητες ανάλογα με τη σχετική ευθυγράμμιση των δύο σιδηρομαγνητικών στρωμάτων. Αυτή η διακύμανση στην αντίσταση αποτελεί τη βάση για την ανάγνωση των κελιών MRAM.

Στην STT-MRAM (Spin Transfer Torque), το ρεύμα ρέει μέσω του MTJ και μεταφέρει ροπή σπιν για να αναπροσανατολίσει το ελεύθερο στρώμα. Είναι η πιο εμπορικά ώριμη επιλογή, που χρησιμοποιείται ευρέως σε μικροελεγκτές και ενσωματωμένα συστήματα. Στο SOT-MRAM, το ρεύμα ρέει μέσω ενός παρακείμενου μεταλλικού στρώματος. Το φαινόμενο spin-Hall παράγει ένα ρεύμα σπιν που αλλάζει το ελεύθερο στρώμα. Το SOT είναι γενικά ταχύτερο και λιγότερο παρεμβατικό στο MTJ, με λαμπρό μέλλον ως υποψήφιο για την αντικατάσταση της SRAM στις κρυφές μνήμες.

Έχουν επίσης διερευνηθεί συμπληρωματικές λύσεις όπως συσκευές. πολυφερροϊκά όπου τα ηλεκτρικά πεδία βοηθούν στη διόρθωση ή την αντιστροφή των μαγνητισμών, και τα «κλιμένα» σχέδια που διευκολύνουν την εγγραφή χωρίς την ανάγκη για εξωτερικό βοηθητικό πεδίο, απλοποιώντας το κύκλωμα και βελτιώνοντας την απόδοση.

Άλμα Tohoku: 0,35 ns, 156 fJ και εγγραφή χωρίς βοηθητικό πεδίο

Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Tohoku απέδειξε ένα κεκλιμένο SOT-MRAM ικανό να γράφει σε 0,35 νανοδευτερόλεπτα χωρίς τη χρήση εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Το κλειδί έγκειται σε έναν «κλιμένο» σχεδιασμό με γωνία 75° και στη βελτιστοποίησή του μέσω μικρομαγνητικής προσομοίωσης και μιας διαδικασίας πλακιδίων 300 mm, κατάλληλο για κλιμάκωση σε βιομηχανική κατασκευή.

Γωνία και βελτιστοποίηση γωνίας ανισοτροπία του ελεύθερου στρώματος Αυτό επέτρεψε τη μείωση της ισχύος εγγραφής στα 156 femtojoules, 35% λιγότερη από ό,τι σε συγκρίσιμες προηγούμενες τεχνολογίες SOT, διατηρώντας παράλληλα έναν συντελεστή θερμικής σταθερότητας E/kBT 70 (σταθερότητα έναντι θερμικών διακυμάνσεων) και έναν πολύ υψηλό λόγο TMR (170%). Με άλλα λόγια: μέγιστη ταχύτητα, ελάχιστη κατανάλωση και ανθεκτικότητα.

Αυτές οι παράμετροι υπερβαίνουν τρία κύρια εμπόδια: απόδοση, αποδοτικότητα και συμβατότητα με ροή παραγωγής 300 mm. Αυτό ανοίγει την πόρτα για τη χρήση του σε κέντρα δεδομένων, ανάπτυξη Τεχνητής Νοημοσύνης, IoT, smartphones και απαιτητικών ενσωματωμένων συστημάτων, όπου ο συνδυασμός μη μεταβλητότητας και χαμηλής ενέργειας είναι καθαρός χρυσός.

Όλα αυτά ευθυγραμμίζονται με έναν στόχο που εξέφρασε η ίδια η ομάδα: να προσαρμόσει το MRAM σε μια κοινωνία που επιταχύνεται από την Τεχνητή Νοημοσύνη και το Διαδίκτυο των Πραγμάτων, δίνοντας προτεραιότητα μείωση της ενέργειας γραφής χωρίς να θυσιάζονται οι εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες που απαιτούνται από το σημερινό υλικό.

Τι συμβάλλει το στρώμα βολφραμίου στη μνήμη SOT-MRAM;

Στις συσκευές SOT, το στρώμα βαρέος μετάλλου που παράγει τη ροπή περιστροφής-τροχιάς είναι κρίσιμο. Βολφράμιο (ειδικά στη β φάση του) Ξεχωρίζει για την υψηλή γωνία Hall σπιν, η οποία μεταφράζεται σε μεγαλύτερη απόδοση στη μετατροπή του ρεύματος φόρτισης σε ρεύμα σπιν. Με απλά λόγια: λιγότερη ενέργεια για την αλλαγή του bit και ταχύτεροι χρόνοι μεταγωγής.

Μαζί με το βολφράμιο, μέταλλα όπως το ταντάλιο ή ΠλατίναΣτην πραγματικότητα, η ακαδημαϊκή έρευνα έχει δείξει βελτιώσεις με την ενσωμάτωση στρωμάτων πλατίνας μεγέθους νανομέτρου κάτω από μαγνητικά στρώματα, διευκολύνοντας την εναλλαγή και μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας κατά τη διάρκεια των εργασιών εγγραφής. Σε όλες τις περιπτώσεις, η ιδέα είναι η ίδια: υλικά με ισχυρή σύζευξη σπιν-τροχιάς που εισάγουν αποτελεσματικά σπιν στο ελεύθερο στρώμα.

Η επιλογή βαρέων μετάλλων επηρεάζει κρίσιμες παραμέτρους: ροή γραφής (και επομένως ισχύς), αξιοπιστία υψηλής ταχύτητας, συμβατότητα με το MTJ stacking και το BEOL της διεργασίας CMOS. Το βολφράμιο διακρίνεται για την αποδοτικότητά του στο SOT, αλλά η βιομηχανία εκτιμά επίσης την ενσωμάτωσή του σε προηγμένες διεργασίες, κάτι που είναι καθοριστικό όταν εξετάζονται κόμβοι αιχμής.

Αξίζει να σημειωθεί ότι οι πρόοδοι του Tohoku στα κεκλιμένα κελιά επικεντρώνονται στην αρχιτεκτονική και μηχανική ανισοτροπίας, ενώ άλλες γραμμές, όπως αυτές που βασίζονται σε φύλλο πλατίνας ή σε πολυφερροϊκές προσεγγίσεις, διερευνούν συμπληρωματικές οδούς. Όλα συμβάλλουν σε έναν κοινό στόχο: λιγότερη ενέργεια ανά bit, μεγαλύτερη ταχύτητα και διαδικασίες συμβατές με τη μαζική παραγωγή.

MRAM και STT-MRAM Σήμερα: Προϊόντα Πραγματικού Κόσμου, Ακτινοβολία και Ακραία Περιβάλλοντα

Καθώς το SOT-MRAM βελτιώνει το άλμα μεγάλης κλίμακας, το Η STT-MRAM είναι τώρα στην αγοράΥπάρχουν συσκευές 64 Mb και 1 Gb που απευθύνονται σε αεροδιαστημικές και διαστημικές εφαρμογές με ερμητικά κεραμικά πακέτα (CLGA/CBGA) και παραλλαγές RAD-HARD, RAD-Tolerant και μη σκληρυμένες. Αυτές οι μνήμες προσφέρουν πραγματικά τυχαία πρόσβαση ανάγνωσης και εγγραφής, υψηλή αντίσταση στη μαγνητική ροή (μειωμένες απαιτήσεις θωράκισης) και εξαιρετικό προφίλ ισχύος.

Σε αντίξοες συνθήκες, αυτά τα εξαρτήματα εγγυώνται διατήρηση δεδομένων για περισσότερα από 10 χρόνια μεταξύ -40 και +125°C, με τυπικές τάσεις 2,7 έως 3,6 V και ελάχιστους χρόνους πρόσβασης περίπου 45 ns στην στρατιωτική περιοχή. Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο δεν επηρεάζονται από την ακτινοβολία, αλλά λειτουργούν και αξιόπιστα υπό απαιτητικές θερμικές συνθήκες.

Οι πρόσφατες εξελίξεις έχουν πολλαπλασιάσει τις πυκνότητες: ένα άλμα από 16 Mb σε 64 Mb στην ίδια μορφήκαι έως 1 Gb (32M x 32) με τεχνολογία pMTJ STT-MRAM 22 nm. Γίνεται λόγος για βελτιώσεις στην πυκνότητα bit της τάξης των αρκετών χιλιάδων Mb/mm² σε σύγκριση με τις προηγούμενες γενιές, γεγονός που υποδηλώνει μια πορεία κλιμάκωσης που είναι ήδη απτή.

Οι κατασκευαστές και προμηθευτές υψηλής αξιοπιστίας τονίζουν ότι ο συνδυασμός χαμηλή κατανάλωση, πρακτικά άπειρη αντίστασηΗ υψηλή απόδοση και η επεκτασιμότητα καθιστούν αυτήν την MRAM μια βέλτιστη εναλλακτική λύση σε αμυντικά, αεροδιαστημικά, αυτοκινητοβιομηχανικά και κρίσιμα ενσωματωμένα συστήματα, όπου η μη μεταβλητότητα προσθέτει ένα επιπλέον επίπεδο ασφάλειας έναντι διακοπών ρεύματος ή βλαβών.

Βασικές συγκρίσεις: MRAM έναντι SRAM, DRAM και Flash

Η MRAM συνδυάζει τα πλεονεκτήματα πολλών τεχνολογιών: Δεν είναι πτητικό όπως το φλας, επιταχύνει τις αναγνώσεις και τις εγγραφές σχεδόν στο επίπεδο της SRAM και προσφέρει πυκνότητες πιο κοντά στην DRAM. Σε σύγκριση με την DRAM, αποφεύγει τις ανανεώσεις (οι οποίες συμβαίνουν περίπου χιλιάδες φορές ανά δευτερόλεπτο στην DRAM), μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας σε κατάσταση αδράνειας και την πολυπλοκότητα ελέγχου.

Όσον αφορά την ταχύτητα, οι προσβάσεις έχουν καταγραφεί με τη σειρά: 2 ns σε MRAM εργαστηριακά, ξεπερνώντας την DRAM με πιο σύγχρονες διαδικασίες. Σε σύγκριση με τη μνήμη flash, η διαφορά στην ταχύτητα εγγραφής είναι τεράστια: δεν υπάρχει ανάγκη για παλμούς 10 V με αντλίες αργής φόρτισης ή υποβάθμιση του κύκλου, επομένως η διάρκεια ζωής είναι πολύ μεγαλύτερη.

Τυπικές τιμές: για να τραβήξω μια φωτογραφία του χάρτη μνήμης σήμερα:

Συγκριτικός	MRAM	SRAM	DRAM	φλας
Μεταβλητότητα	Οχι	Ναί	Ναί	Οχι
Ταχύτητα	Υψηλός	Πολύ ψηλά	Υψηλός	Χαμηλή γραφή
Κατανάλωση	χαμηλός	Υψηλός	Μεσαίο	Πολύ χαμηλό σε ηρεμία

σημείωσηΗ MRAM ξεχωρίζει για την αντοχή της στη φθορά, υποστηρίζοντας εκατομμύρια/δισεκατομμύρια κύκλους εγγραφής χωρίς αισθητή υποβάθμιση, κάτι που ξεπερνά τις δυνατότητες των συμβατικών flash.

STT-MRAM έναντι άλλων μη πτητικών RAM: Οι αριθμοί που έχουν σημασία

Εντός της οικογένειας MRAM, το STT-MRAM Παρουσιάζει μετρήσιμα πλεονεκτήματα έναντι μη πτητικών εναλλακτικών λύσεων, όπως π.χ. ΠΛΑΙΣΙΟ, NVSRAM ή εναλλαγή MRAM. Οι τυπικοί χρονισμοί, οι χρόνοι κύκλου και τα εύρη διατήρησης έχουν ως εξής:

Σημείο	STT-MRAM	ΠΛΑΙΣΙΟ	NVSRAM	Εναλλαγή MRAM
tipo	Δεν είναι πτητικό	Δεν είναι πτητικό	Δεν είναι πτητικό	Δεν είναι πτητικό
Γράφοντας	Αντικατάσταση	Αντικατάσταση	Αντικατάσταση	Αντικατάσταση
Λανθάνουσα κατάσταση εγγραφής	~25 ns	~150 ns	~25 ns	~35 ns
Κύκλοι R/W	~1ε13	~1ε14	~1ε7	~1ε13
Κράτηση	> 20 χρόνια	~ 10 χρόνια	~ 20 χρόνια	> 20 χρόνια

Σε σύγκριση με τις μνήμες EEPROM, Flash, SRAM και FRAM, η STT-MRAM προσφέρει αντικατάσταση γραφής και χωρίς αντλίες φόρτισης, με πολύ μεγαλύτερη ανθεκτικότητα από την EEPROM/flash, και χωρίς την ανάγκη για μπαταρία όπως ορισμένες SRAM με εφεδρική μπαταρία:

Σημείο	STT-MRAM	EEPROM	φλας	SRAM	ΠΛΑΙΣΙΟ
tipo	Δεν είναι πτητικό	Δεν είναι πτητικό	Δεν είναι πτητικό	Πτητικός	Δεν είναι πτητικό
Μέθοδος γραφής	Αντικατάσταση	Διαγραφή+Εγγραφή	Διαγραφή+Εγγραφή	Αντικατάσταση	Αντικατάσταση
Τυπική γραφή	~25 ns	~10 μs	~10 μs	~5 ns	~150 ns
Κύκλοι R/W	~1ε13	~1ε6	~1ε5	Απεριόριστο	~1ε14
Αντλία φόρτισης	Οχι	Ναί	Ναί	Οχι	Οχι
Εφεδρική μπαταρία	Οχι	Οχι	Οχι	Σε μερικούς	Οχι

Τεχνικές προκλήσεις: κλιμάκωση, ρεύματα και ημι-επιλογή

Δεν είναι όλα τέλεια. Η κατασκευή των κελιών MRAM απαιτεί ακριβείς νανομετρικές διαδικασίες και σύνθετες στοίβες. Σε κλασικά σχέδια, το ρεύμα που απαιτούνταν για την εγγραφή ήταν υψηλό και το φαινόμενο της ημι-επιλογής (παρεμβολή μεταξύ γειτονικών κυψελών) περιόριζε τη σμίκρυνση σε κόμβους περίπου 180 nm. Οι παραλλαγές με "εναλλαγή" την ώθησαν στα ~90 nm.

Για να ανταγωνιστεί σε κόστος ανά bit την DRAM/flash, η MRAM πρέπει να μετακινηθεί σε μικρότερους κόμβους (ιστορικά, η ράβδος των 65 nm (να θέσουμε έναν στόχο), και αυτό έχει παρακινήσει το άλμα πρώτα στο STT και, τώρα, στο SOT με βαριά στρώματα όπως το βολφράμιο. Το SOT-MRAM βοηθά στη μείωση του ρεύματος, στον διαχωρισμό των διαδρομών R/W και στην αύξηση της ταχύτητας, τρία κομμάτια του ίδιου παζλ.

Ο οικονομικός παράγοντας επηρεάζει επίσης: κόστος ανά bit και η χρήσιμη πυκνότητα κατά τη συσκευασία μεγάλων συστοιχιών. Ωστόσο, η άφιξη εμπορικών προϊόντων STT και η ωριμότητα των διεργασιών 300 mm αποτελούν ενδείξεις ότι το οικοσύστημα κινείται προς τη σωστή κατεύθυνση.

Ο άμεσος στόχος είναι να μειωθεί η ισχύς ανά bit χωρίς να θυσιαστεί το περιθώριο θερμικής σταθερότητας ή το TMR, και να γίνει αυτό με τυπική ροή CMOS Συμβατό με το μεταλλικό back-end των κόμβων που οδηγούν. Το στρώμα βολφραμίου και η υψηλή απόδοση ροπής του αποτελούν φυσικό σύμμαχο σε αυτή την προσπάθεια.

Χρονοδιάγραμμα και ωρίμανση της αγοράς

Η ιστορία πηγαίνει πολύ πίσω. Από το μνήμη πυρήνα φερρίτη Τη δεκαετία του 50, μέσω της ανακάλυψης μαγνητοαντιστάσεων σε λεπτές μεμβράνες (IBM, 1989) και του κύματος συνεργασιών (IBM-Infineon, 2000; NVE με Cypress, 2002), η MRAM έχει σημειώσει άνοδο με πρωτότυπα των 128 KiB και 1–16 Mibit σε διεργασίες 180–150 nm στα μέσα της δεκαετίας του 2000.

Το 2004–2006 είδαμε τις TSMC, NEC, Toshiba και Renesas να παρουσιάζουν ταχύτερα πρωτότυπα (έως 200 Mbit/s με κύκλους 34 ns και 1,8 V), ταχύτητες κυψελών ρεκόρ στα 2 GHz και η εμφάνιση φραγμών MgO που βελτίωσαν την απόδοση εγγραφής. Παρόλο που ορισμένες εταιρείες αποσύρθηκαν, ο τομέας παρέμεινε ζωντανός, με την Freescale να διαθέτει στην αγορά τσιπ 4 Mbit εκείνη την εποχή.

Η ρήξη του STT-MRAM άλλαξε τους κανόνες: Η Sony παρουσίασε το πρώτο πρωτότυπο εργαστηρίου SOT-MRAM το 2005. Και το 2018, η Intel ανακοίνωσε μαζική παραγωγή MRAM, καθιστώντας σαφές ότι η τεχνολογία δεν ήταν πλέον απλώς μια υπόσχεση. Έκτοτε, η έμφαση δίνεται στην μαζική παραγωγή της SOT-MRAM ως πραγματική εναλλακτική λύση σε ορισμένες SRAM.

Όσον αφορά τις χρήσεις, το εύρος είναι τεράστιο: στρατιωτικός και αεροδιαστημικός τομέας, έξυπνες κάρτες, κινητά τηλέφωνα, κάμερες, υπολογιστές, σταθμοί βάσης, Αντικατάσταση SRAM με μπαταρία και ειδικές μνήμες για καταγραφείς «μαύρων κουτιών». Το όραμα της «καθολικής μνήμης» —μιας ενιαίας τεχνολογίας που καλύπτει πολλαπλούς ρόλους— δεν είναι απίθανο.

Νέες οδοί: πολυφερροϊκά και ηλεκτρικό πεδίο για γραφή

Εκτός από το SOT, υπάρχουν και ανατρεπτικά μέτωπα που κοιτούν προς το μαγνήτιση από ηλεκτρικό πεδίοΟι ερευνητές έχουν παρουσιάσει ετερογενείς πολυσιδηροειδείς δομές με λεπτά στρώματα - για παράδειγμα, ενσωμάτωση βαναδίου μεταξύ σιδηροηλεκτρικών και πιεζοηλεκτρικών υλικών - που σταθεροποιούν τις κατευθύνσεις μαγνήτισης και επιτρέπουν την αντιστροφή τους με την εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος, μειώνοντας περαιτέρω την ενέργεια μεταγωγής.

Αυτές οι προτάσεις καταδεικνύουν επενδύσεις σε σταθερό μαγνητικό τιμόνι χωρίς συνεχή τροφοδοσία ρεύματος και στοχεύουν σε μνήμες MRAM με ακόμη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και ενεργειακή απόδοση. Εξακολουθούν να υπάρχουν ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν, όπως η υποβάθμιση της απόδοσης μεταγωγής με την πάροδο του χρόνου, αλλά οι δυνατότητες για υπολογισμούς υψηλής απόδοσης και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας είναι σαφείς.

Παράλληλα, άλλες εργασίες έχουν δείξει ότι η ενσωμάτωση ενός νανομετρική μεμβράνη πλατίνας κάτω από τα μαγνητικά στρώματα βελτιώνει τη δυναμική μεταγωγής, υποστηρίζοντας την ιδέα ότι η λεπτή μηχανική των διεπαφών και των βαρέων υλικών (W, Ta, Pt) είναι ένας από τους σαφέστερους επιταχυντές προς τα εμπορικά προϊόντα SOT επόμενης γενιάς.

Βασικές εφαρμογές: Από SRAM έως Τεχνητή Νοημοσύνη, Διαδίκτυο των Πραγμάτων και Cloud

Μπορεί η SOT-MRAM να αντικαταστήσει την SRAM; Στην ακατέργαστη απόδοση, η SRAM εξακολουθεί να κυριαρχεί, αλλά η SOT-MRAM το αντισταθμίζει με καμία πτητικότητα, χαμηλότερη ενέργεια και λογική επεκτασιμότητα. Για μεγάλες κρυφές μνήμες, NVM υψηλής ταχύτητας ή υπολογισμούς κοντά στη μνήμη, η ισορροπία αρχίζει να ευνοεί το SOT σε ορισμένα επίπεδα της ιεραρχίας.

Στην αυτοκινητοβιομηχανία, η MRAM ήδη επιδεικνύει πλεονεκτήματα: πολύ γρήγορη ανάγνωση, εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή πυκνότητα σε σύγκριση με την eFlash/eSRAM, οδηγώντας τη μετάβαση σε πιο έξυπνα οχήματα. Στα κινητά τηλέφωνα και τις φορητές συσκευές, απλοποιεί τα σχέδια ενοποιώντας τα υποσυστήματα μνήμης, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας χωρίς να θυσιάζεται η απόδοση.

Σε υπολογιστές και ενσωματωμένα συστήματα, η MRAM μπορεί να λειτουργήσει ως μη πτητική προσωρινή μνήμη, αντικαθιστούν το NOR/SRAM στο υλικολογισμικό και, με την πάροδο του χρόνου, πλησιάζουν ακόμη και στην κάλυψη σεναρίων που παραδοσιακά προορίζονται για DRAM ή PSRAM, όταν η απόλυτη καθυστέρηση δεν είναι ο νούμερο ένα περιοριστικός παράγοντας.

Για τα κέντρα δεδομένων και την Τεχνητή Νοημοσύνη, η υπόσχεση μιας τεχνολογίας που δεν καταναλώνει ενέργεια σε ηρεμίαΜε εξαιρετικά γρήγορες εγγραφές και εξαιρετική αντοχή, αυτό μεταφράζεται σε χαμηλότερο συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO) και μειωμένο αποτύπωμα άνθρακα. Προσθέστε σε αυτό τη δυνατότητα λειτουργίας χωρίς βοηθητικό πεδίο και η εξίσωση λειτουργίας γίνεται πολύ ελκυστική.

Εξετάζοντας το εύρος των εξελίξεων — κεκλιμένα στοιχεία χωρίς πεδίο, στρώματα βολφραμίου/πλατίνας για αποτελεσματικό SOT και πολυφερροϊκές προσεγγίσεις — η MRAM κερδίζει έδαφος ως ακρογωνιαίος λίθος των ηλεκτρονικών υψηλής απόδοσης και χαμηλής ισχύος. Το επόμενο βήμα είναι η ενοποίηση αυτών των κομματιών σε κόμβους παραγωγής με ανταγωνιστικές αποδόσεις.

Η τρέχουσα φωτογραφία είναι μιας τεχνολογίας που, από εμπορικές παραλλαγές STT σε αεροδιαστημική και ενσωματωμένα σε πρωτότυπα SOT που σπάνε ρεκόρ, ταιριάζει απόλυτα με τον οδικό χάρτη της Τεχνητής Νοημοσύνης και του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT). Εάν το κόστος ανά bit και η κλιμάκωση διατηρηθούν, θα δούμε την SOT-MRAM με στρώμα βολφραμίου και τις σχετικές τεχνολογίες να ενσωματώνονται όλο και πιο κοντά στην πληροφορική, ακόμη και σε SoC γενικής χρήσης.

Όλα δείχνουν τον συνδυασμό ταχύτητας (0,35 ns), μικροσκοπική ενέργεια γραφής (156 fJ), η υψηλή θερμική σταθερότητα (E/kBT~70) και ο υψηλός TMR (~170%) θα καταστήσουν βιώσιμη τη μαζική υιοθέτησή του, εφόσον το οικοσύστημα fab το υποστηρίζει με διεργασίες 300 mm και άψογη συμβατότητα CMOS.

Χωρίς να ανοίξω το φις της σαμπάνιας πριν την ώρα της, το μονοπάτι είναι χαραγμένοΗ STT-MRAM λύνει ήδη πραγματικά προβλήματα σε κρίσιμες αγορές. Η SOT-MRAM, υποστηριζόμενη από στρώματα βολφραμίου και άλλα υλικά μηχανικής, παρέχει την απαραίτητη βελτίωση για να ανταγωνιστεί την SRAM σε ορισμένα στρώματα μνήμης. Και οι πολυφερροϊκές οπές προσφέρουν ένα επιπλέον πλεονέκτημα για περαιτέρω μείωση της ισχύος ανά bit. Η μαγνητοαντίσταση μνήμη εδραιώνεται ως σοβαρός υποψήφιος για να γίνει το wild card που χρειάζεται η σύγχρονη πληροφορική.