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存儲器又有新突破 新一代STT-MRAM容量達Gb水準

2017-02-04
來源:Digitimes

被視為次世代存儲器技術之一的自旋力矩傳輸存儲器(STT-MRAM),在2016年12月舉辦的國際電子零組件會議(International Electron Devices Meeting;IEDM)中公開了若干突破性研究成果,最值得注意的是推出了容量超過1Gb的產品,以及將STT-MRAM嵌入CMOS邏輯芯片的技術實證。

MRAM算是次世代非揮發性存儲器科技中出現較早的一種,其記憶單元以磁隧結(MTJ)組成,由于占用體積大與耗電量高,最大容量約16Mb,僅適用于若干特殊需求;MTJ水平排列的iSTT-MRAM雖然成功縮小化,記憶密度還是偏低,最大容量僅256Mb。

直到較新的pSTT-MRAM出現,MTJ改用垂直排列,才能進一步擴大記憶密度,韓國存儲器大廠SK海力士(SK Hynix)與東芝(Toshiba)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4Gb,雖然詳細數據并未公布,不過報導推算記憶密度與DRAM相當。

不過,存儲器技術要求的不只有記憶容量與密度,使用壽命與容錯能力等數據也很重要,GlobalFoundries與Everspin Technologies合作,對已上市的256Mb容量pSTT-MRAM進行測試,可在攝氏100度環境下保存數據10年以上,重復讀寫1億次也沒有明顯劣化問題,顯示pSTT-MRAM技術已達成熟階段。

但以目前的容量而言,STT-MRAM容量仍小,離取代一般存儲器還有一段路要走,另一種比較可行的應用,是把STT-MRAM嵌入其他系統芯片,目前已有SRAM嵌入邏輯芯片的技術,而STT-MRAM記憶密度比SRAM更高,有助于提高邏輯芯片內的記憶容量。

在IDEM 2016中,關于STT-MRAM嵌入系統芯片的應用,一個是高通(Qualcomm)與應用材料(Applied Materials)的合作,制造1Gb大容量的嵌入測試,另一個則是三星電子(Samsung Electronics)的28納米制程8Mb容量嵌入STT-MRAM的研發。

高通的發表中指出相當有趣的一點,就是在嵌入式設計中,由于重復讀寫次數減少,在同樣的可靠性要求下,一般RAM須要求到10的15次方次讀寫,STT-MRAM只要能保證10的10~12次方次讀寫,就可滿足需求。

而三星的28納米加工技術是目前最精密的STT-MRAM制程,為在CMOS邏輯芯片中加入STT-MRAM,由于有些程序與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,意味有可能低成本制出內嵌STT-MRAM的邏輯芯片。

接下來STT-MRAM的商業發展,將先從大容量產品開始,抑或在嵌入式系統市場上普及,有待持續觀察。

 

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