或許有人會把2016年形容為磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)市場的引爆點。而在那之前,Everspin Technologies是唯一一家出貨商用MRAM產品的公司。不過,就像Spin Transfer Technologies(STT)執行長Barry Hoberman一如既往地表達肯定之意:Everspin的成就有助於其他的MRAM業者鋪路。

STT的公司歷史最早可追溯到2001年——一項最初由美國紐約大學(New York University)教授Andrew Kent主導的研究中所開發的技術。到了2007年,總部位於波士頓的多元控股公司Allied Minds正式成立了STT並開始營運。2016年9月,這家開發出正交自旋轉移MRAM技術(OST-MRAM)的美國業者宣佈,在其加州費利蒙(Fremont)公司總部的自家研發晶圓廠,成功製作出小至20nm的垂直MRAM磁穿隧接面(pMTJ),預計在2018年讓產品正式上市。

從那時起,STT已經為北美和亞洲的客戶提供其OST-MRAM樣片了,這可說是一個重要的里程碑,因為它是幾種新興記憶體中被視為可能取代動態隨機存取記憶體(DRAM)與NAND快閃記憶體(flash)的下一代候選技術之一;特別是隨著業界持續邁向更先進的製程節點,DRAM與NAND flash正面對微縮帶來的挑戰。STT是少數幾家開發MRAM的公司之一,因此,如今開始出樣晶片可說是驗證MRAM整體性能以及STT技術的重要時機。

《EE Times》有幸與STT執行長Barry Hoberman談到了該公司近來的快速成長,以及隨著更多業者進入MRAM市場帶來的商機,包括MRAM可能接班主流記憶體技術的未來前景。

20170721_STT_NT31P1 STT執行長Barry Hoberman

目前客戶對於你們提供的樣片反應如何?

我們已經出樣新晶片給廣泛的客戶了,他們都是足以評價這種記憶體類型的大型現有業者,具有高度的可信度。我們在這次產品出樣週期的目標是產生完整的記憶體,能夠滿足穩健可靠的評測。我們很高興能有機會流通這些樣片,讓客戶在測試後都回來找我們,告訴我們說這款產品的功能齊全,符合所有提供的規格,而且找不到任何錯誤。這為我們在推進下一次與客戶接觸的機會開啟了大門,客戶現在都確實地認識了我們是一家擁有第三代pMTJ基礎技術的公司,也肯定我們製作可用記憶體的專業技術。

開發商用MRAM的挑戰與其他新興記憶體有何不同?

瞭解MTJ技術的真正重要之處在於他們已經用於硬碟的讀取頭超過10年以上了,具有經驗證的生產和可靠性等功能。每年約有30~40億顆硬碟讀取頭中都包含了MTJ元件。

而與MRAM有關的問題在於瞭解如何將MTJ整合於CMOS製程、如何使MTJ的性能特徵相容於記憶體,以及如何擴展MTJ的製造產能,達到每個記憶體晶片中約10億的數量級,而不只是每個硬碟讀取頭中使用1個MTJ元件;這些是目前最主要的三項挑戰。這和相變記憶體、電阻式RAM和奈米線等其他新式記憶體技術有很大的不同——畢竟,這些新式記憶體技術的物理特性是全新的,尚未經任何一種製造技術驗證,也沒有現行的產業生態系統可支持。

您將Everspin等競爭對手稱為追蹤MRAM的先驅。那麼,當您推動自家技術進展時,如何看待競爭對手的成就?

這是對於整個生態系統所建立的一種信心,包括對於投資人、客戶,以及設備供應商等。

您認為MRAM存在哪些機會?

我們知道目前有四家代工廠都在其開發藍圖中規劃了第三代基於pMJT的MRAM技術,並預計在2018年的下半年進入量產,,並在那之後相應地加快速度。MRAM目前處於鎖定三大技術的早期階段:其一是作為非揮發性記憶體(NVM)領域的替代方案,特別是嵌入式NOR flash。此外,它還可以作為傳統CMOS高速嵌入式靜態隨機存取記憶體(SRAM)的替代技術。我認為這項技術更適於在此領域實現差異化。第三是作為DRAM的替代技術。目前DRAM市場成長開始趨緩,未來可能會由特別有利於儲存應用的持久特性主導市場成長。

至今許多採用MRAM的場合都離不開儲存應用。是否還有其他細分市場存在新應用的例子?

在手機中有幾個地方需要超過200Mb的靜態記憶體,而當你嘗試使用SRAM時,就會發現那真的是在燒錢。降低靜態記憶體的成本看來勢在必行,再者,因為它用在行動裝置中,所以對於功耗也十分敏感。40nm以下的傳統解決方案由於漏電流之故而經常耗用較大電源。如今,以MRAM取代SRAM幾乎可完全排除漏電流的問題。

此外,為使用中的資料提供保護方面也是一大挑戰。許多應用都需要高頻寬,高速資料經由系統傳送的同時,也進入其永久儲存的位置。在資料順利傳送到安全可靠的最終存放位置以前,如果發生了危及資料的故障情況會很麻煩,這正是MRAM得以發揮作用之處。

如何更普遍地使用快閃記憶體,從而為MRAM創造機會?

我們可以在固態硬碟(SSD)中將儲存區劃分為大小不同的儲存容量。較大的儲存容量具有flash的時間特性,亦即所謂的微秒級NVM;較小的儲存容量則採用高速、持久型的記憶體技術,也就是奈米級NVM。當你將這兩種技術混合於同一系統時,必須考慮成本而適度地進分劃分,以便能在每秒輸出入次數(IOPS)方面取得更高的性能提升,甚至較傳統基於flash的SSD更高一個數量級。

物聯網(IoT)正著手打造利用現有記憶體技術的各種新方法,以解決諸如功耗等問題,同時要求相對較低的密度。MRAM如何在此發揮作用?

如果你直接比較一下其他著眼於物聯網的替代方案,例如相變記憶體和電阻式RAM,以及快閃記憶體,這些技術根本沒有足夠的耐久性可用於執行像記錄資料等任務,特別是有些資料記錄功能採用了較小型的電池。

除了代工廠的承諾之外,您如何看未來12~18個月的MRAM發展前景?

讓這項技術投入生產產線的第一家主要代工廠,以及真正的開始出貨,即將在業界刮起一陣旋風。半導體產業真的必須牢牢記住,過去四十多年來的技術主力一直是SRAM、DRAM和flash及其先驅技術。而這將是首次大量生產的重要大事。目前已經有了一些利基技術,如鐵電隨機存取記憶體(FRAM)與電子抹除式可複寫唯讀記憶體(EEPROM),但也都因其利基特性而受限。

然而,當你導入了MRAM,其特點就在於它是在這40到50年間真正進入記憶體架構的第一件大事。僅就這一點來看它就具有相當巨大的發展潛力了。

編譯:Susan Hong

(參考原文:MRAM Momentum Poised to Disrupt Memory Workhorses,by Gary Hilson)