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獨立MRAM的應用

  • 林育中
MRAM的製程在快速進展中,於嵌入式記憶體的應用已有一席之地,於獨立記憶體則有待觀察。Everspin

MRAM在半導體製程嵌入式記憶體的應用算是站穩腳了,剩下的只是能替代幾層cache的問題。但是最早的MRAM產品是獨立記憶體的形式,雖然在第一代toggle MRAM-用電流產生磁場、進而翻轉磁矩-的能源效率不高,寫入電流高,單元面積也大,但是對於要求寫入速度快、永久儲存的利基市場已經初試啼聲。

隨著MRAM的技術演進,寫入電流大幅下降,需要提供驅動電流的CMOS也隨之變小,因而密度得以大幅提高。現在Everspin用28nm可以做出1Gb的STT MRAM,介面是現在DRAM常用的DDR4,這意味著它寫入速度已如DRAM一般,在10ns左右,更好的是它毋需定期更新(refresh),節省能耗;讀取資料也不是破壞式的,因此也不必再重新寫入資料。

就如同一般新科技產品,剛開始時因為成本高,只能先攻取單價高的利基市場。一個典型的MRAM應用例子是數據中心的獨立硬碟隨機陣列(Random Array Independent Disk;RAID)。網路資料上傳時數據中心寫入固態硬碟中NAND的速度很慢,所以需要DRAM當資料緩衝記憶體。但是若發生斷電時,DRAM上正在處理的資料就會流失,對於處理重要數據如金融交易是不可承受之重,而這就是MRAM上場的時機了。去年Everspin發表的案例研究server storage accelerator道理與此相近。

IBM才發表的19TB SSD,也是用幾片Everspin的1Gb STT MRAM當成寫入緩衝記憶體,道理同樣是預防斷電時的資料流失。它還有另外的好處,一個以DRAM當寫入緩衝記憶體的硬碟如果要預防斷電資料流失,需要加裝超級電容(supercapacitor),提供斷電後的電源讓DRAM中的資料能順利移轉到SSD中的NAND。但是超級電容很貴,超級電容加DRAM的價格便足以支持MRAM的使用。另外,超級電容體積很大,無法裝進Intel SSD M.2的規格,MRAM就沒這問題。

MRAM的製程還在快速進展之中,目前實驗看到的是,它可以持續下降到10nm以下,而且寫入電流翻轉磁矩的效率還在快速提升,這使得提供寫入電流的CMOS-目前微縮尺寸的瓶頸-得以有效微縮。做MRAM的人總想瓜分DRAM市場,目前在嵌入式的應用看來時機到了。至於獨立記憶體呢?只能說再假以時日吧!

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。