MRAM是一種非易失性存儲器,可與其他的NVM技術相媲美,如閃存,英特爾的Optane,以及FRAM和RRAM(圖1)。每種NVM都有自己的優缺點。雖然MRAM的擴展性好,但其容量仍遠低于NAND閃存, SSD中的高密度存儲介質大都是NAND閃存。
1.嵌入式MRAM(eMRAM)現在具有競爭力,可以在未來取代NOR閃存等技術。(由Coughlin Associates和Objective Analysis提供)
關于MRAM有很多傳說。有趣的是它有可能取代SRAM,特別是在使用SRAM進行代碼存儲的嵌入式應用中。德州儀器(TI)在其16位MSP430微控制器中使用FRAM進行代碼和數據存儲。然而,FRAM在更精細的幾何形狀方面不能像MRAM那樣擴展,盡管它對于它所占用的空間來說是理想的。
嵌入式MRAM(eMRAM)具有快速讀/寫和高耐用性等優點(圖2)。對于芯片開發商而言,MRAM主要是由硅工藝代工商提供支持的。這使得eMRAM能夠以最小的成本結合到新的芯片設計中。
eMRAM具有讀/寫速度快、耐用性高等優點。(由Intuitive Cognition Consulting提供)
MRAM需要沉積20個獨特的分子層以形成磁隧道結(MTJ,SSDFans蛋蛋注:茅臺酒)。這些需要在芯片制造的蝕刻過程中來維持(圖3)。
MRAM需要沉積20個分子層(頂部)。硅代工廠可以處理這項任務,而不會影響結構。(由Intuitive Cognition Consulting提供)
開發人員還在位單元大小和架構方面進行權衡(圖4)。1T-1MJT單元(左)是最小和最快的,但它具有最低的retention特性。讀取過程可能存在可靠性問題,并且感測放大器更難以設計。1T-1MJT Plus單元比1T-1NJT大30%,但它具有良好的讀性能和較慢的寫性能,具有更好的retention功能。2T-2MJT提供最佳的retention特性,但占用空間也更大。它的感測放大器易于設計;但寫操作可能很棘手。
1T-1MJT單元(左)是最小且最快的,但它具有最低的retention特性。1T-1MJT Plus單元(中間),大30%,寫入速度較慢但retention特性較高。2T-2MJT提供最佳的retention,但占用空間更大。
如今,采用eMRAM代替嵌入式閃存相對容易(圖5)。eMRAM位單元較小,但需要更多的ECC以實現高可靠性。MRAM不需要閃存寫入時所需的高壓支持。MRAM將不再需要較大的高精度電壓基準的感測放大器。此外,MRAM設計通常使用更寬的總線以獲得更好的性能。
eMRAM與嵌入式閃存相比較。雖然MRAM需要更多ECC以實現高可靠性,但它不需要閃存寫入所需的高壓支持。
MRAM的一家供應商是Numem,它為面向的低功耗的eMRAM內核提供IP。他們與所有主要的硅代工廠進行合作。Numem正在展示其中一些代工廠生產的MRAM芯片。
MRAM已經在許多應用中使用,特別是用于存儲系統中的NVM高速緩存,例如SAS / SATA RAID控制器,替代DRAM后,就消除了對超級電容或備用電池的需要。
Everspin Technologies的MRAM技術也用于IBM最新的19-TB FlashCore模塊(FCM)。NVMe SSD使用64層TLC NAND作為主要的存儲介質,MRAM作為緩存。如果使用MRAM代替DRAM或SRAM,這將減少SSD內部電容的數量。該SSD還具有壓縮和安全選項,包括FIPS 140認證。
未來采用eMRAM的SoC將擴展MRAM緩存的市場。由于eMRAM的優勢可以為許多應用提供顯著的競爭優勢,因此大多數新的eMRAM SoC設計都會保密。
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原文標題:未來存儲介質千變萬化,這種存儲芯片獨領風騷
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