獨立MRAM的應用

https://www.digitimes.com.tw/col/article.asp?id=943

·       林育中

     

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！