DRAM与快闪记忆体仍扮演重要角色 MRAM普及尚需时日

DRAM与快闪记忆体仍扮演重要角色 MRAM普及尚需时日

　　磁阻内存的概念几乎是和磁盘记录技术同时被提出来的。但是众所周知，内存读写的速度需要达到磁盘读写的速度的100万倍，所以不能直接使用磁盘记录技术来生产内存。磁阻内存的设计看起来并不复杂，但是对材料的要求比较高。

　　磁致电阻现象虽然150年前就由英国科学家威廉·汤姆森(Williams Thomson)发现，但是对于一般的材料而言，它是比较微弱的一种效应。也就是说，由于磁场变化带来的电阻变化并不显著，在电阻变化小于40%的时候，用三极管很难判断出来本来就很微小的电流变化。

　　不过，最近的材料和工艺的进步使得该技术有了突破性的进展，1995年摩托罗拉公司(后来芯片部门独立成为飞思卡尔半导体)演示了第一个MRAM芯片，并生产出了1MB的芯片原型。

　　2007年，磁记录产业巨头IBM公司和TDK公司合作开发新一代MRAM，使用了一种称为自旋扭矩转换(spin-torque-transfer , STT)的新型技术，利用放大了的隧道效应(tunnel effect)，使得磁致电阻的变化达到了1倍左右。而此次东芝展出的芯片也正是利用了STT技术，只是进一步地降低了芯片面积，在一枚邮票见方的芯片上做出了1GB内存，这也使得世界看到了磁阻内存的威力——它的记录密度是DRAM的成百上千倍，速度却所有现有的内存技术都要快。

　　大密度、快访问、极省电、可复用和不易失是磁阻内存的五大优点，这使它在各个方面都大大超过了现有的甚至正在研发的存储技术——闪存太慢、SRAM和DRAM易挥发、铁电存储可重写次数有限、晶相存储不易控制温度……MRAM可以说是集各个技术的优点于一身的高质量产品。

　　目前，MRAM已经在通信、军事、数码产品上有了一定的应用。2008年，日本的SpriteSat卫星就宣布使用飞思卡尔半导体公司生产的MRAM替换其所有的闪存元件。预计在今后的一、两年里，它就能够实现量产，我们在打开计算机时，也就不再需要等待了。

　　磁阻式随机存取记忆体(MRAM)或许在许多应用领域有取代 DRAM 与 SRAM 的潜力，但就连市场上唯一家生产这种非挥发性记忆体的供应商都认为，这种取代的过程得花上好一段时间。

　　一份来自资料储存产业顾问机构 Coughlin Associates的报告指出，全球 MRAM 市场复合年成长率(CAGR)可达50%，包括MARM与STT-MRAM在内的整体市场营收将由 2013年的1.9亿美元，在2019年达到21亿美元。

　　Coughlin Associates创办人Tom Coughlin表示，MRAM一个最显著的优势是能与CMOS制程相容，此外因为该制程技术成熟，相关的整合与 3D NAND 技术比起来比较不那么令人却步。他指出，MRAM技术的演进可能会追随快闪记忆体的脚步──也就是在被广泛采用以及价格下降、储存密度提升之前，先在一些利基型应用领域赢得青睐。

　　Coughlin并指出，STT (Spin-Torque-Transfer，自旋力矩转移)-MRAM特别能提供在读取/写入以及耐久性方面的优势。而Gartner分析师Brady Wang则表示，MRAM被发现用来做为固态硬碟(SSD)的快取记忆体，但其密度仍然太低，通常应用在工业领域。

　　MRAM胜过DRAM的优势在于其非挥发性;Wang表示，，就像NOR或NAND快闪记忆体一样，STT-MRAM能在没有持续外部供电的情况下保存资料，而且其耗电量很低。此外由于结构简单，MRAM的扩展性也优于SRAM，能提升微缩程度并可望进一步降低制造成本。

　　而Wang也指出，与NAND快闪记忆体相较，STT-MRAM能在没有中间的抹除步骤情况下，在储存0与1之间切换;而该抹除步骤在快闪记忆体内是不可少的，也增加了写入延迟。这使得设计STT-MRAM控制晶片相对比设计NAND快闪记忆体控制晶片简单许多。

　　Wang表示，目前市场上唯一生产MRAM晶片的厂商是Everspin Technologies，目前产品最大记忆体容量为64Mb;而128Mb甚至1Gb的MRAM可能会在未来两年内问世，其中1Gb产品将可望让MARM进军消费性应用。

　　Everspin 产品行销总监Joe O"Hare表示，其MRAM产品(该公司在5年多前就开始推出)，一开始应用在工业领域;而Everspin也已看到包括工业自动化、机器人、交通运输以及医疗等应用领域对MRAM的广泛采用。不过MRAM最大的成长动力是来自企业储存。

　　随着容量提升，Everspin将MRAM视为非挥发性记忆体获得进一步采用的桥梁，在能提供媲美DRAM的性能同时，也能有更多像快闪记忆体一样的储存记忆体。O"Hare表示，随着各种新兴技术出炉，MRAM可望成为永久性、高性能储存技术的关键选项。

　　MRAM 在企业储存领域的应用案例之一是RAID系统，O"Hare指出，这类应用的考量是要在电力丧失时迅速复原;MRAM被应用于储存元资料 (metadata)以及储存系统资料，因此如果电力中断，系统资讯仍能被保存在非挥发性MRAM，让RAID系统能更快自我重建。

　　O"Hare也表示，Everspin还看到MRAM在其他企业储存领域的许多应用，那些应用不需要DRAM的容量密度，但可利用非挥发性记忆体的优势;这个市场的规模很够分量，而且并不是以价格来竞争，系统的可靠度才是重要推手。

　　不过Objective Analysis首席分析师Jim Handy 表示，最终价格与容量密度才是决定MRAM是否能大规模取代DRAM 或SRAM的关键，虽然其低功耗特性很吸引人，但大多数企业组织并不会去做那样的整体拥有成本(TCO)估算;MRAM能在某些应用领域取代SRAM，以免除很容易出现故障的备用电池需求。

　　Handy指出，看重MRAM非挥发特性的产业(例如将其应用在ATM的金融业)，会愿意为这种记忆体付出较高的代价;可是在目前，DRAM与快闪记忆体搭配各自的技术演进，仍扮演称职的角色，因此并没有立即性的理由被取代。

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