計算歷史上的一個基本挑戰(zhàn)是計算速度和內(nèi)存訪問之間的不匹配。在計算機架構(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)是顯而易見的，時鐘頻率和非易失性內(nèi)存訪問讀取頻率之間的不匹配，導(dǎo)致無線(over-the-air, 簡稱OTA)更新和通用計算等功能出現(xiàn)瓶頸。

為了解決這個問題，各個公司正在尋找新的非易失性存儲器作為解決方案，其中STT-MRAM是一個很有競爭力的備選方案。

最近，Renesas宣布了一項新的電路技術(shù)，在22納米工藝上實現(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

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

例如，一個磁體的北極與另一個磁體的南極對齊，接合點的電阻就會很低，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bit位。電流可以在給定的方向上影響每個磁體的極性，然后微分感測放大器就可以讀出結(jié)果狀態(tài)。

與其他形式的非易失性內(nèi)存相比，這種類型的存儲具有幾個關(guān)鍵的優(yōu)勢，例如高存儲密度和較低的讀/寫電流。

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，電子自旋是由通過一層薄磁層的極化電流控制的，將角動量轉(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一步擴展的能力。許多人認為，STT-MRAM具有與DRAM和SRAM相當(dāng)?shù)男阅?，但?0納米以下進程也可以實現(xiàn)，可以挑戰(zhàn)閃存的成本，因此有可能成為領(lǐng)先的存儲技術(shù)。

22納米下實現(xiàn)更快的讀/寫操作

最近，Renesas宣布開發(fā)出了一種新的電路技術(shù)，可以在22nm節(jié)點上更快地進行STT-MRAM的讀/寫操作。

該技術(shù)的主要創(chuàng)新是一種解決MRAM的低不同感知電壓導(dǎo)致讀寫速度慢和可靠性差（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聲稱在寫操作的模式轉(zhuǎn)換時間上減少了30%，這提高了整體寫操作的速度。

工程師在22nm制程的測試芯片上驗證了這一點，芯片上包括一個32 Mbit嵌入式MRAM存儲單元陣列。據(jù)報道，該測試芯片在150°C的高溫下隨機讀訪問時間為5.9 ns，寫吞吐率達到8.8 MB/s。

審核編輯 ：李倩