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【存储器】MRAM接班主流存储器指日可待

来源:电子工程专辑       

随着更多业者进入MRAM市场,STT执行长Barry Hoberman在日前受访时谈到了MRAM带来的商机及其可能取代现有主流存储器技术的未来前景。

或许有人会把2016年形容为磁阻式随机存取存储器(MRAM)市场的引爆点。而在那之前,Everspin Technologies是唯一一家出货商用MRAM产品的公司。不过,就像Spin Transfer Technologies(STT)执行长Barry Hoberman一如既往地表达肯定之意:Everspin的成就有助于其他的MRAM业者铺路。

STT的公司历史最早可追溯到2001年——一项最初由美国纽约大学(New York University)教授Andrew Kent主导的研究中所开发的技术。到了2007年,总部位于波士顿的多元控股公司Allied Minds正式成立了STT并开始营运。2016年9月,这家开发出正交自旋转移MRAM技术(OST-MRAM)的美国业者宣布,在其加州费利蒙(Fremont)公司总部的自家研发晶圆厂,成功制作出小至20nm的垂直MRAM磁穿隧接面(pMTJ),预计在2018年让产品正式上市。

从那时起,STT已经为北美和亚洲的客户提供其OST-MRAM样片了,这可说是一个重要的里程碑,因为它是几种新兴存储器中被视为可能取代动态随机存取存储器(DRAM)与NAND快闪存储器(flash)的下一代候选技术之一;特别是随着业界持续迈向更先进的制程节点,DRAM与NAND flash正面对微缩带来的挑战。STT是少数几家开发MRAM的公司之一,因此,如今开始出样芯片可说是验证MRAM整体性能以及STT技术的重要时机。

《EE Times》有幸与STT执行长Barry Hoberman谈到了该公司近来的快速成长,以及随着更多业者进入MRAM市场带来的商机,包括MRAM可能接班主流存储器技术的未来前景。

STT执行长Barry Hoberman

目前客户对于你们提供的样片反应如何?

我们已经出样新芯片给广泛的客户了,他们都是足以评价这种存储器类型的大型现有业者,具有高度的可信度。我们在这次产品出样周期的目标是产生完整的存储器,能够满足稳健可靠的评测。我们很高兴能有机会流通这些样片,让客户在测试后都回来找我们,告诉我们说这款产品的功能齐全,符合所有提供的规格,而且找不到任何错误。这为我们在推进下一次与客户接触的机会开启了大门,客户现在都确实地认识了我们是一家拥有第三代pMTJ基础技术的公司,也肯定我们制作可用存储器的专业技术。

开发商用MRAM的挑战与其他新兴存储器有何不同?

了解MTJ技术的真正重要之处在于他们已经用于硬盘的读取头超过10年以上了,具有经验证的生产和可靠性等功能。每年约有30~40亿颗硬盘读取头中都包含了MTJ元件。

而与MRAM有关的问题在于了解如何将MTJ整合于CMOS制程、如何使MTJ的性能特征兼容于存储器,以及如何扩展MTJ的制造产能,达到每个存储器芯片中约10亿的数量级,而不只是每个硬盘读取头中使用1个MTJ元件;这些是目前最主要的三项挑战。这和相变存储器、电阻式RAM和纳米线等其他新式存储器技术有很大的不同——毕竟,这些新式存储器技术的物理特性是全新的,尚未经任何一种制造技术验证,也没有现行的产业生态系统可支持。

您将Everspin等竞争对手称为追踪MRAM的先驱。那么,当您推动自家技术进展时,如何看待竞争对手的成就?

这是对于整个生态系统所建立的一种信心,包括对于投资人、客户,以及设备供应商等。

您认为MRAM存在哪些机会?

我们知道目前有四家代工厂都在其开发蓝图中规划了第三代基于pMJT的MRAM技术,并预计在2018年的下半年进入量产,,并在那之后相应地加快速度。MRAM目前处于锁定三大技术的早期阶段:其一是作为非挥发性存储器(NVM)领域的替代方案,特别是嵌入式NOR flash。此外,它还可以作为传统CMOS高速嵌入式静态随机存取存储器(SRAM)的替代技术。我认为这项技术更适于在此领域实现差异化。第三是作为DRAM的替代技术。目前DRAM市场成长开始趋缓,未来可能会由特别有利于储存应用的持久特性主导市场成长。

至今许多采用MRAM的场合都离不开储存应用。是否还有其他细分市场存在新应用的例子?

在手机中有几个地方需要超过200Mb的静态存储器,而当你尝试使用SRAM时,就会发现那真的是在烧钱。降低静态存储器的成本看来势在必行,再者,因为它用在行动装置中,所以对于功耗也十分敏感。40nm以下的传统解决方案由于漏电流之故而经常耗用较大电源。如今,以MRAM取代SRAM几乎可完全排除漏电流的问题。

此外,为使用中的资料提供保护方面也是一大挑战。许多应用都需要高频宽,高速资料经由系统传送的同时,也进入其永久储存的位置。在资料顺利传送到安全可靠的最终存放位置以前,如果发生了危及资料的故障情况会很麻烦,这正是MRAM得以发挥作用之处。

如何更普遍地使用快闪存储器,从而为MRAM创造机会?

我们可以在固态硬盘(SSD)中将储存区划分为大小不同的储存容量。较大的储存容量具有flash的时间特性,亦即所谓的微秒级NVM;较小的储存容量则采用高速、持久型的存储器技术,也就是纳米级NVM。当你将这两种技术混合于同一系统时,必须考虑成本而适度地进分划分,以便能在每秒输出入次数(IOPS)方面取得更高的性能提升,甚至较传统基于flash的SSD更高一个数量级。

物联网(IoT)正着手打造利用现有存储器技术的各种新方法,以解决诸如功耗等问题,同时要求相对较低的密度。MRAM如何在此发挥作用?

如果你直接比较一下其他着眼于物联网的替代方案,例如相变存储器和电阻式RAM,以及快闪存储器,这些技术根本没有足够的耐久性可用于执行像记录资料等任务,特别是有些资料记录功能采用了较小型的电池。

除了代工厂的承诺之外,您如何看未来12~18个月的MRAM发展前景?

让这项技术投入生产产线的第一家主要代工厂,以及真正的开始出货,即将在业界刮起一阵旋风。半导体产业真的必须牢牢记住,过去四十多年来的技术主力一直是SRAM、DRAM和flash及其先驱技术。而这将是首次大量生产的重要大事。目前已经有了一些利基技术,如铁电随机存取存储器(FRAM)与电子抹除式可复写唯读存储器(EEPROM),但也都因其利基特性而受限。

然而,当你导入了MRAM,其特点就在于它是在这40到50年间真正进入存储器架构的第一件大事。仅就这一点来看它就具有相当巨大的发展潜力了。