多年来,内存和硬盘一直各司其职,井水不犯河水;作为易失性存储介质的内存虽然有着极高的传输速率,但其断电后数据即丢失的特点也让其无法脱离硬盘独立存在!虽然大家早已习惯了这样的组合,但各大半导体巨头却一直未曾放弃过在探寻致力于消除内存与硬盘之间的鸿沟的探索!

而有一种方案综合了RAM内存、NAND闪存的优点,可以兼做内存和硬盘,被唤作MRAM(磁阻式随机访问内存);包括Intel、IBM、三星、海力士、东芝、TDK等众多大厂在内的半导体巨头都研究了多年;而最近,Intel终于宣布他们的MRAM已经准备好大规模量产了!

简单来说,MRAM存储技术和NAND闪存类似,都是非易失性的,也就是断电后不会丢失数据,其写入速度可以达到NAND闪存的数千倍,建立时间(settling time)可达1ns,比目前DRAM内存的理论限制还要好;同时很关键一点在于,它对制造工艺要求较低,这意味着在传统DRAM工艺升级越来越难的情况下,MRAM却可以实现轻松迭代,良品率也更高,同时成本也将得到更有效地控制。

Intel即将量产的MRAM就采用了相当成熟的22nm FFL FinFET制造工艺,良品率居然超过了99.998%!这对于一种全新的存储技术来说相当不可思议。

按照Intel给出的技术规格来看,这种MRAM的每个存储单元面积为0.0486平方微米、容量7Mb,读取时间0.9V电压下4纳秒、0.8V电压下8纳秒,写入时间-40℃下也有10微秒,写入寿命不低于一百万。可以说寿命是相当长了,标准耐受温度范围-40℃到125℃;并且Intel工程师强调,即便放置在200℃高温下数据完整性也能保持10年之久。

不过,至于MRAM具体什么时间投入规模量产,将用于何种产品之上,Intel一概未透露;无独有偶!三星电子近日也对外宣布,已经全球第一家商业化规模量产eMRAM(嵌入式磁阻内存),而且用的是看上去更“老旧”的28nm FD-SOI(全耗尽型绝缘层上硅)成熟工艺,可广泛应用于MCU微控制器、IoT物联网、AI人工智能领域。

同时三星指出,基于放电存储操作的eFlash(嵌入式闪存)已经越来越难以进步,SLC、MLC、TLC、QLC、OLC一路走来,密度越来越高,但是寿命越来越短,主控和算法不得不进行越来越复杂的补偿,恐难以为继!

eMRAM将成为极佳的替代者,因为它是基于磁阻的存储介质,扩展性非常好,在非易失性、随机访问、寿命耐久性等方面也远胜传统RAM。

可以预见的是,28nm FD-SOI工艺的eMRAM可以带来前所未有的能耗、速度优势。由于不需要在写入数据前进行擦除循环,其写入速度可以达到eFlash的1000倍,而且电压、功耗低得多,待机状态下完全不会耗电,因此能效极高。

另外,eMRAM可以轻易嵌入工艺后端,只需增加少数几个层即可,因此对于前端工艺要求非常低,可以轻易地使用现有工艺生产线进行制造,包括Bulk、Fin、FD-SOI晶体管。

最后,三星还表示年内将扩大其高密度非易失性存储器解决方案的选择范围,并将1Gb(128MB)容量的eMRAM芯片流片可以预见的是,如果基于MRAM技术的存储设备以后大规模的量产应用,将进一步提高电子设备的集成度,甚至一些现有的硬件规格都要随之做出改变,比如主板去掉硬盘接口只留下内存接口或采用更新的接口等等。