STT-MRAM Энергонезависимая магнитная память с произвольным доступом

STT-MRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) - это второе поколение MRAM (магнитной памяти с произвольным доступом). Ее основное преимущество заключается в использовании технологии спиновых токов для эффективной записи информации. Основным компонентом запоминающего устройства является тонко сконструированный MTJ (магнитный туннельный переход), состоящий из двух ферромагнитных слоев разной толщины, соединенных немагнитным изолирующим слоем толщиной всего несколько нанометров. Такая уникальная конструкция делает STT-MRAM передовой энергонезависимой памятью, которая выполняет операции записи данных, точно управляя спиновым током.

Принцип работы STT-MRAM

Запоминающее устройство состоит из транзистора, магнитного туннельного перехода (MTJ) и соединительной линии. MTJ состоит из фиксированного слоя (сильный магнетизм), немагнитного изолирующего слоя и свободного слоя (слабый магнетизм), в котором магнитный момент свободного слоя легко меняется на противоположный. Транзистор используется в качестве переключателя выбора участка, а его сток подключен к неподвижному слою MTJ. Когда транзистор активируется затвором, исток, сток, MTJ и битовая линия образуют замкнутую цепь.

При записи информации битовая линия и дополнительная линия записи информации генерируют полувыборочные магнитные поля соответственно, и эти два магнитных поля ортогональны. Только при выборе ячейки памяти и включении дополнительной линии записи информации магнитный момент свободного слоя изменяется под действием двойного магнитного поля, параллельно или антипараллельно магнитному моменту фиксированного слоя, что приводит к изменению сопротивления MTJ и, таким образом, реализует хранение информации.

При считывании информации через выбранную ячейку памяти проходит небольшой ток, создающий разность потенциалов на MTJ, отражающую состояние ее сопротивления. Измеряя разность потенциалов, можно неразрушающим способом определить относительное направление магнитных моментов свободного и фиксированного слоев и таким образом считать записанную информацию.

（Процесс MRAM в режиме MTJ）

Характеристики STT-MRAM

1. В случае непредвиденных перебоев с электропитанием присущая STT-MRAM энергонезависимая память позволяет клиентам сохранять данные, не полагаясь на резервную батарею.
2. Быстрая скорость чтения/записи STT-MRAM значительно сокращает системные задержки чтения/записи, делая выполнение приложений на месте более эффективным.STT-MRAM
3. STT-MRAM обладает такими характеристиками, как высокая пропускная способность чтения-записи и энергонезависимость, и может выполнять двойную функцию - памяти и оперативной памяти; отсутствие задержки записи; возможность реализации автоматической защиты системы от выключения питания.
4. Память STT-MRAM - это отечественный независимый продукт, первая серийная поставка.
5. Безопасность данных значительно повышается, что делает разработку и внедрение приложений, устойчивых к взлому, более удобной.
6. SRAM+FLASH+EEPROM могут быть заменены одновременно.

Сравнение STT-MRAM с обычной памятью выглядит следующим образом:

Таблица 1:

Таблица 2:

Приложение

STT-MRAM, как разрушительная технология, постепенно изменяет ландшафт производительности продукции в широком спектре областей, от бытовой электроники и персональных компьютеров до автомобильной, медицинской, военной и аэрокосмической промышленности. Это предвещает новую главу в полупроводниковой промышленности, более того, стимулирует инновационный потенциал продукции.

В автомобильной промышленности STT-MRAM, благодаря превосходной скорости чтения, сверхнизкому энергопотреблению и высокой плотности, значительно превосходит eFlash и eSRAM и стала ключевой силой в продвижении автомобильного интеллекта и высокой производительности. Для портативных устройств и рынка мобильных телефонов STT-MRAM упрощает конструкцию благодаря унификации подсистем памяти за счет отказа от многокристальных пакетов (MCP), значительно снижая энергопотребление системы и значительно увеличивая время автономной работы.

В области персональных компьютеров STT-MRAM демонстрирует сильные возможности замещения. Будь то высокоскоростная кэш-память для SRAM, замена флэш-памяти в качестве энергонезависимого кэша или даже замена PSRAM и DRAM при высокоскоростном выполнении программ, STT-MRAM демонстрирует преимущества в производительности. Более того, во многих встраиваемых приложениях STT-MRAM постепенно заменяет NOR-флэш и SRAM, становясь новым выбором для повышения производительности и надежности системы.