瑞萨在22纳米工艺上实现高速STT-MRAM

计算历史上的一个基本挑战是计算速度和内存访问之间的不匹配。在计算机架构层面，这一挑战导致了更快的内存和缓存等概念的出现，以帮助缓解这些挑战。

物联网(IoT)设备面临的挑战是显而易见的，时钟频率和非易失性内存访问读取频率之间的不匹配，导致无线(over-the-air, 简称OTA)更新和通用计算等功能出现瓶颈。

为了解决这个问题，各个公司正在寻找新的非易失性存储器作为解决方案，其中STT-MRAM是一个很有竞争力的备选方案。

最近，Renesas宣布了一项新的电路技术，在22纳米工艺上实现了高速STT-MRAM。本文将介绍MRAM、STT-MRAM和Renesas的最新公告。

MRAM基本知识

MRAM可能是非易失性存储技术的下一个大事件。该技术利用了磁性材料的相对极性和电阻之间的关系。本质上，当两个磁铁靠近时，它们的电阻会发生变化，这取决于它们的磁极相对于另一个磁极的位置。

例如，一个磁体的北极与另一个磁体的南极对齐，接合点的电阻就会很低，反之亦然。

MRAM利用这种由磁体极性控制的电阻变化，作为一种状态，设备可以使用它在内存中存储bit位。电流可以在给定的方向上影响每个磁体的极性，然后微分感测放大器就可以读出结果状态。

与其他形式的非易失性内存相比，这种类型的存储具有几个关键的优势，例如高存储密度和较低的读/写电流。

STT-MRAM是什么?

在MRAM世界中，存在着许多不同的技术。其中，STT-MRAM技术是最有前途的技术之一。

STT-MRAM是MRAM的一种变体，其附近电子的自旋会影响MTJ（magnetic tunnel junction）的极性。在这种形式的MRAM中，电子自旋是由通过一层薄磁层的极化电流控制的，将角动量转移到这一层，因此改变了电子自旋。

与其他形式的MRAM相比，STT-MRAM具有更低的功耗和进一步扩展的能力。许多人认为，STT-MRAM具有与DRAM和SRAM相当的性能，但在10纳米以下进程也可以实现，可以挑战闪存的成本，因此有可能成为领先的存储技术。

22纳米下实现更快的读/写操作

最近，Renesas宣布开发出了一种新的电路技术，可以在22nm节点上更快地进行STT-MRAM的读/写操作。

该技术的主要创新是一种解决MRAM的低不同感知电压导致读写速度慢和可靠性差（特别是在高温下）的方法。新技术利用电容耦合来提高差分放大器输入端的电压，这样STT-MRAM的状态可以在电流很低的情况下更快更可靠地读取。

使用这种技术，Renesas声称在写操作的模式转换时间上减少了30%，这提高了整体写操作的速度。

工程师在22nm制程的测试芯片上验证了这一点，芯片上包括一个32 Mbit嵌入式MRAM存储单元阵列。据报道，该测试芯片在150°C的高温下随机读访问时间为5.9 ns，写吞吐率达到8.8 MB/s。

带你走进万物存储、万物智能、

万物互联信息革命新时代

微信号：SSDFans