磁阻式隨機存取記憶體(Magnetic RAM;MRAM)新創公司Spin Transfer Technologies (STT)最近開發出MRAM專用技術,據稱能以同步提高資料保持(retention)與降低電流的方式,增強任何MRAM陣列的性能。

STT技術長Mustafa Pinarbasi在IEEE國際磁學大會(International Magnetics Conference;INTERMAG)上介紹,該公司開發出所謂的「歲差自旋電流」(Precessional Spin Current;PSC)結構,可望提高MRAM的密度和零漏電流的能力。Pinarbasi在接受《EE Times》記者的電話訪問時說,這種新的結構能應用於行動、資料中心CPU,以及儲存、汽車、物聯網(IoT)與人工智慧等(AI)領域。

Pinarbasi強調,這種PSC結構將有助於讓MRAM元件的自旋力矩(spin-torque)效率提高40%至70%。這意味著它的資料保持能力不僅更高得多,而且還能消耗更少的電力。Pinarbasi表示,這些好處可轉化為延長超過10,000倍的保持時間——因此,1小時可延長至1年以上——而寫入電流則減少了。此外,隨著垂直磁穿隧接面(pMTJ)越來越小,PSC結構的效率將會更高。Pinarbasi說:「我們開發的是一種模組化的結構,它確實是PMTJ元件的延伸。」。

20180503_STT_NT01P1 MRAM新創公司STT表示,其PSC結構能將MRAM元件的自旋力矩效率提高40%~70%

STT業務開發資深副總裁Jeff Lewis補充道,「我們從一開始就將它打造成模組化的設計。這意味著我們能將此PSC結構添加到其他任何的pMTJ中。您可以將它視為現有MRAM設計的『渦輪增壓器』。」

Lewis說,PSC結構可以被整合於任何MRAM製造商的現有流程中。除了生產STT-MRAM時原本使用的材料或工具,不必再另行增添,因此,該結構幾乎不會對於代工廠帶來任何複雜度或成本。

Pinarbasi說,PSC結構在工作中有兩種特殊效應。一是靜態的,另一種則是動態的。他進一步解釋,「靜電效應能夠大量提高元件的資料保持能力。」

而動態效應則能從0切換到1,反之亦然,而且這很重要,因為靜態保持能力和電流之間始終存在相關性。Pinarbasi說:「如今,我們已經將這兩種效應分開來了,可以在獨立提高資料保持的同時也降低電流。」

儘管PSC結構能讓STT-MRAM解決SRAM的尺寸和成本缺點,以及DRAM的揮發性和功耗複雜度,但Pinarbasi說,STT並不僅僅將基於PSC結構的MRAM視為取代現有記憶體的技術,還打算將它用於物聯網、汽車和人工智慧帶來的綠地機會。

20180503_STT_NT01P2 PSC結構為特定電流提供了顯著的速度增益。在125μA時,PSC的速度低於4ns,而使用4Kbit晶片和40nm元件尺寸時,pMTJ的速度還不到30ns

市場研究機構Coughlin Associates資深分析師兼創辦人Thomas Coughlin預計,未來將會出現針對MRAM發展的原生市場,特別是嵌入式應用,而且還取代了裝置內部採用SRAM或不同的記憶體快取的位置。Coughlin說,「因為這些元件及其非揮發性記憶體功能,很快地,市佔率將會出現一些變化,同時帶來新的市場發展。」

雖然MRAM確定將在記憶體元件的未來發揮重要作用,但他說目前還處於發展的早期階段, MRAM主要仍然用於利基型應用中。至於STT開發的PSC結構將在這個市場上扮演多麼重要的角色,還有待時間的證明。Coughlin說:「打造更精巧的結構確實有其價值,它比傳統的MRAM產品更有利於進一步擴展。但你必須重新審視,仔細看看它實際上如何運作。」

Coughlin預計,明年將會有許多的MRAM產品上市,特別是隨著代工廠和主要半導體公司量產,將更加著重於嵌入式市場。「人們將會尋求差異化,而這將有助於其找到一些方法,以減輕其投入產品差異化的技術與資源。」

展望未來五年,Coughlin表示,MRAM將會是一個更大的利基市場。他說:「許多商用產品甚至在那之後的一、年內都還無法到位或投入使用。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:STT Structure Turbocharges MRAM,by Gary Hilson)