計(jì)算歷史上的一個(gè)基本挑戰(zhàn)是計(jì)算速度和內(nèi)存訪問(wèn)之間的不匹配。在計(jì)算機(jī)架構(gòu)層面，這一挑戰(zhàn)導(dǎo)致了更快的內(nèi)存和緩存等概念的出現(xiàn)，以幫助緩解這些挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)是顯而易見(jiàn)的，時(shí)鐘頻率和非易失性?xún)?nèi)存訪問(wèn)讀取頻率之間的不匹配，導(dǎo)致無(wú)線(over-the-air, 簡(jiǎn)稱(chēng)OTA)更新和通用計(jì)算等功能出現(xiàn)瓶頸。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，各個(gè)公司正在尋找新的非易失性存儲(chǔ)器作為解決方案，其中STT-MRAM是一個(gè)很有競(jìng)爭(zhēng)力的備選方案。

最近，Renesas宣布了一項(xiàng)新的電路技術(shù)，在22納米工藝上實(shí)現(xiàn)了高速STT-MRAM。本文將介紹MRAM、STT-MRAM和Renesas的最新公告。

MRAM基本知識(shí)

MRAM可能是非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的下一個(gè)大事件。該技術(shù)利用了磁性材料的相對(duì)極性和電阻之間的關(guān)系。本質(zhì)上，當(dāng)兩個(gè)磁鐵靠近時(shí)，它們的電阻會(huì)發(fā)生變化，這取決于它們的磁極相對(duì)于另一個(gè)磁極的位置。

例如，一個(gè)磁體的北極與另一個(gè)磁體的南極對(duì)齊，接合點(diǎn)的電阻就會(huì)很低，反之亦然。

MRAM利用這種由磁體極性控制的電阻變化，作為一種狀態(tài)，設(shè)備可以使用它在內(nèi)存中存儲(chǔ)bit位。電流可以在給定的方向上影響每個(gè)磁體的極性，然后微分感測(cè)放大器就可以讀出結(jié)果狀態(tài)。

與其他形式的非易失性?xún)?nèi)存相比，這種類(lèi)型的存儲(chǔ)具有幾個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)，例如高存儲(chǔ)密度和較低的讀/寫(xiě)電流。

STT-MRAM是什么?

在MRAM世界中，存在著許多不同的技術(shù)。其中，STT-MRAM技術(shù)是最有前途的技術(shù)之一。

STT-MRAM是MRAM的一種變體，其附近電子的自旋會(huì)影響MTJ（magnetic tunnel junction）的極性。在這種形式的MRAM中，電子自旋是由通過(guò)一層薄磁層的極化電流控制的，將角動(dòng)量轉(zhuǎn)移到這一層，因此改變了電子自旋。

與其他形式的MRAM相比，STT-MRAM具有更低的功耗和進(jìn)一步擴(kuò)展的能力。許多人認(rèn)為，STT-MRAM具有與DRAM和SRAM相當(dāng)?shù)男阅埽?0納米以下進(jìn)程也可以實(shí)現(xiàn)，可以挑戰(zhàn)閃存的成本，因此有可能成為領(lǐng)先的存儲(chǔ)技術(shù)。

22納米下實(shí)現(xiàn)更快的讀/寫(xiě)操作

最近，Renesas宣布開(kāi)發(fā)出了一種新的電路技術(shù)，可以在22nm節(jié)點(diǎn)上更快地進(jìn)行STT-MRAM的讀/寫(xiě)操作。

該技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新是一種解決MRAM的低不同感知電壓導(dǎo)致讀寫(xiě)速度慢和可靠性差（特別是在高溫下）的方法。新技術(shù)利用電容耦合來(lái)提高差分放大器輸入端的電壓，這樣STT-MRAM的狀態(tài)可以在電流很低的情況下更快更可靠地讀取。

使用這種技術(shù)，Renesas聲稱(chēng)在寫(xiě)操作的模式轉(zhuǎn)換時(shí)間上減少了30%，這提高了整體寫(xiě)操作的速度。

工程師在22nm制程的測(cè)試芯片上驗(yàn)證了這一點(diǎn)，芯片上包括一個(gè)32 Mbit嵌入式MRAM存儲(chǔ)單元陣列。據(jù)報(bào)道，該測(cè)試芯片在150°C的高溫下隨機(jī)讀訪問(wèn)時(shí)間為5.9 ns，寫(xiě)吞吐率達(dá)到8.8 MB/s。

審核編輯 ：李倩