Fitur penting Proses manufaktur eMRAM Samsung mengenali bahwa blok memori ditambahkan ke chip selama perakitan, pengemasan, dan pengujian. Artinya, blok eMRAM diproduksi secara terpisah hanya dengan menggunakan tiga photomask dan dapat ditambahkan ke dalam chip terlepas dari proses pembuatan yang digunakan dan tanpa terikat pada transistor planar atau FinFET. Secara umum, tanpa koneksi apa pun ke solusi dasar. Dengan demikian, unit Samsung eMRAM dapat disesuaikan dengan solusi siap pakai yang telah lama diluncurkan ke produksi massal, sehingga secara signifikan memodernisasi perkembangan saat ini.

Sekali lagi, Samsung tidak memberikan gambaran akurat mengenai perangkat dengan eMRAM yang diluncurkan ke produksi massal. Kami akan mengetahui informasi lebih rinci nanti, dan kami akan memberi tahu Anda semuanya di halaman kami. Sejauh ini disebutkan bahwa kecepatan pengoperasian eMRAM 1000 kali lebih cepat dibandingkan eNAND (eFlash). Dalam video demo di atas, perusahaan menunjukkan bahwa kecepatan baca dari eMRAM dan SRAM adalah sama. Konsumsi dalam mode tulis memori eMRAM hanya 1/400 dibandingkan mode tulis eNAND, dan ketahanan aus beberapa kali lipat lebih tinggi. Anda juga harus mengharapkan, yang tidak disebutkan oleh Samsung dalam siaran persnya, bahwa memori eMRAM-nya kemungkinan besar berjenis STT-MRAM dengan perekaman transfer putaran elektron. Sebenarnya hal ini ditunjukkan dengan indikator energi dalam mode perekaman. Memori yang sangat ekonomis, non-volatile, dan cepat.

Memori MRAM diketahui memiliki latensi dan lebih rendah kecepatan yang lebih baik akses daripada memori NAND. Pada saat yang sama, MRAM adalah memori non-volatil, meskipun kecepatan aksesnya agak kalah dengan DRAM dan SRAM. Saat memori dibangun ke dalam mikrokontroler dan SoC, memori MRAM akan meningkatkan keandalan dan stabilitas konsumen konvensional dan perangkat elektronik yang dapat dikenakan, perangkat elektronik untuk perangkat yang terhubung ke Internet, serta solusi sirkuit industri dan otomotif.

Para mitra tidak bermaksud untuk terus menggunakan teknologi proses 28nm tanpa batas waktu, dan berharap pada akhirnya akan mentransfer produksi blok MRAM yang tertanam ke teknologi proses dengan standar produksi yang lebih rendah. Beberapa kata tentang Teknologi Avalanche. Perusahaan ini didirikan pada tahun 2006 oleh Petro Estakhri. Petro Estakhri menjadi pendiri dan CEO Avalanche. Sebelumnya, beliau mendirikan dan menjabat sebagai chief technology officer di Lexar Media pada tahun 1996 hingga diakuisisi oleh Micron pada tahun 2006. Sebelum Lexar, Petro mengembangkan pengontrol memori flash untuk Cirrus Logic. Anda dapat berharap bahwa UMC telah membuat kontrak dengan pengembang yang tepat.

Akses UMC terhadap teknologi manufaktur MRAM berlisensi sangat menarik karena satu alasan penting. Demikian pula, UMC memperoleh akses terhadap teknologi untuk produksi memori DRAM tertanam dan memori secara umum. Pada pada tahap ini hal ini memainkan peran penting dalam transfer teknologi produksi DRAM ke Tiongkok, sesuatu yang, misalnya, menjadi akar dari Micron. Oleh karena itu, dengan cara serupa, teknologi produksi MRAM juga dapat berpindah tangan Pabrikan Cina. Omong-omong, sama seperti teknologi menarik untuk menghasilkan memori tabung nano karbon, yang dapat diterima UMC bersama dengan pabrik Fujitsu.

Sesuatu yang baru: Memori SOT-MRAM dapat diproduksi dalam skala industri

Seperti yang kita ketahui, memori non-volatile STT-MRAM (MRAM torsi transfer putaran) saat ini diproduksi oleh GlobalFoundries di bawah proyek oleh Everspin Technologies. Kepadatan chip STT-MRAM 40nm hanya 256 Mbit (32 MB), yang dikompensasi oleh kecepatan operasi yang tinggi dan ketahanan yang lebih besar terhadap kehancuran selama operasi penghapusan dibandingkan dalam kasus memori NAND. Kualitas STT-MRAM yang tinggi ini memungkinkannya memenuhi syarat sebagai memori magnetoresistif dengan torsi transfer putaran yang ditempatkan di dalam prosesor. Minimal, kita berbicara tentang mengganti array SRAM dengan array STT-MRAM sebagai memori cache tingkat ketiga (L3). Bagaimana dengan cache L1 dan L2?

Menurut spesialis dari pusat penelitian Belgia Imec, memori STT-MRAM sangat tidak cocok untuk menggunakan memori MRAM magnetoresistif sebagai cache non-volatil tingkat pertama dan kedua. Peran ini diklaim oleh versi memori magnetoresistif yang lebih canggih, yaitu SOT-MRAM (spin-orbit torque MRAM). Penulisan ke sel SOT-MRAM juga terjadi dengan arus terpolarisasi spin, tetapi hanya dalam bentuk transfer torsi, menggunakan momentum spin-orbital elektron.

Perbedaan mendasar terletak pada skema kontrol persimpangan terowongan di dalam sel memori dan metode perekamannya. Jadi, sel STT-MRAM adalah sandwich dari dua struktur film tipis (dipisahkan oleh dielektrik), salah satunya memiliki magnetisasi permanen, dan yang kedua "bebas" - bergantung pada polarisasi arus yang diberikan. Menulis dan membaca data dari sel tersebut terjadi dengan cara yang sama ketika arus dilewatkan secara tegak lurus melalui persimpangan terowongan. Jadi, keausan sel terjadi baik saat menulis maupun saat membaca, meskipun saat membaca arusnya jauh lebih kecil dibandingkan saat menulis.

Sel SOT-MRAM persimpangan terowongan, juga berisi lapisan bebas dan lapisan magnet permanen, ditulis oleh arus yang mengalir di sepanjang persimpangan terowongan dan bukan melalui semua lapisan. Mengubah “geometri” pasokan saat ini, kata Imec, secara signifikan meningkatkan ketahanan aus sel dan kecepatan peralihan lapisan. Ketika membandingkan pengoperasian sel STT-MRAM dan SOT-MRAM yang diproduksi pada wafer 300 mm yang sama, ketahanan aus SOT-MRAM melebihi 5·10 10 , dan kecepatan peralihan sel (tulis) menurun dari 5 ns menjadi 210 ps (pikodetik ). Konsumsi berada pada level rendah 300 pJ (picojoule).

Daya tarik khusus dari keseluruhan cerita ini adalah Imec menunjukkan kemampuan untuk memproduksi memori SOT-MRAM menggunakan peralatan standar pada substrat silikon 300 mm. Dengan kata lain, secara praktis mereka telah membuktikan kemungkinan peluncurannya produksi massal tipe memori SOT-MRAM.

GlobalFoundries menawarkan referensi pengontrol 22nm dengan eMRAM

Kemitraan jangka panjang antara GlobalFoundries dan eMRAM serta pengembang memori magnetoresistif MRAM, Everspin Technologies, sudah memproduksi chip 40 nm memori non-volatil ketik ST MRAM (MRAM Spin-Torsi). Lini GlobalFoundries memproduksi chip ST MRAM 256-Mbit 40-nm yang diproduksi secara massal dan chip eksperimental 1-Gbit 28-nm. Memori Everspin diproduksi menggunakan wafer silikon monolitik konvensional.

Pada tahap selanjutnya, GlobalFoundries akan menguasai produksi ST MRAM menggunakan wafer FD-SOI (silikon pada isolator sepenuhnya habis) dengan standar 22 nm (nama kode teknologi proses 22FDX). DI DALAM tahun ini Proses teknis 22FDX akan diperkenalkan ke produksi massal di pabrik perusahaan di Dresden, dan tahun depan di fasilitas produksi GlobalFoundries baru di Tiongkok.

GlobalFoundries berencana untuk menawarkan memori eMRAM tertanam yang dikombinasikan dengan mikrokontroler referensi kepada pelanggannya menjelang akhir tahun 2018. eVaderis bertanggung jawab atas pengembangan pengontrol, dan GlobalFoundries akan menawarkan teknologi proses 22FDX dan teknologi untuk mengintegrasikan susunan eMRAM ke dalam pengontrol. Sebagai pilihan, pelanggan akan dapat memesan integrasi flash NAND dan blok SRAM ke eVaderis MCU.

Proses teknologi 22FDX akan memungkinkan Anda menciptakan solusi yang ekonomis dalam hal konsumsi dan area. Platform berupa eMRAM dengan eVaderis MCU akan didistribusikan dalam bentuk blok IP untuk produksi sendiri dan untuk integrasi ke dalam solusi pelanggan GlobalFoundries. Ini dapat mencakup pengontrol untuk benda-benda yang terhubung ke Internet, termasuk pengontrol yang bertenaga baterai, pengontrol untuk elektronik konsumen dan industri, dan pengontrol untuk mobil.

Samsung adalah yang pertama merilis eMRAM 28nm pada substrat FD-SOI

Pada tahun-tahun sebelumnya, langkah utama dalam pengembangan produksi semikonduktor adalah perubahan skala standar teknologi. Saat ini, ketika mengurangi ukuran elemen pada sebuah chip menjadi sangat sulit, solusi menjadi semakin populer, khususnya transisi ke wafer semikonduktor dengan lapisan isolasi silikon yang sepenuhnya habis, atau FD-SOI. STMicroelectronics sudah aktif menggunakan wafer FD-SOI dalam produksinya, dan GlobalFoundries serta Samsung sedang bersiap untuk menggunakannya.

Minggu lalu kami mengetahui rencana GlobalFoundries, yang akan memulai produksi berisiko dengan teknologi proses 22FDX (22 nm) pada akhir tahun 2018. Samsung, sebagaimana diketahui dari pernyataan resmi pabrikan baru-baru ini, segera berencana untuk memulai produksi massal solusi menggunakan teknologi proses 28FDS (28 nm) miliknya. Harap dicatat bahwa proses teknis GlobalFoundries dan Samsung berbeda, meskipun dalam kasus pemrosesan silikon monolitik, GlobalFoundries melisensikan proses teknis FinFET 28 nm dan 14 nm dari Samsung. GlobalFoundries melisensikan teknologi proses 22FDX dari STMicroelectronics.

Kembali ke pengumuman Samsung, kami mencatat bahwa pabrikan mengumumkan pembuatan proyek digital pertama di industri memori eMRAM internal sehubungan dengan teknologi proses 28FDS. Dengan demikian, peluncuran prototipe blok eMRAM dengan standar 28 nm pada wafer FD-SOI dapat diharapkan pada akhir musim semi atau awal musim panas tahun depan. Produksi massal solusi tampaknya akan dimulai menjelang akhir tahun 2018, ketika GlobalFoundries baru saja melihat solusi prototipe pertama diproduksi dengan teknologi proses 22FDX.

Prinsip menyimpan informasi dalam sel memori MRAM

GlobalFoundries, yang menggunakan teknologi proses 22FDX, juga akan menghasilkan solusi dengan memori eMRAM internal. Memori akses acak magnetoresistif (MRAM) beroperasi pada kecepatan yang mendekati kecepatan RAM konvensional. Area sel memori magnetoresistif yang luas tidak memungkinkan produksi chip MRAM yang besar, yang menghambat kemunculan massalnya di sistem komputer. Dimulainya produksi kristal MRAM 28nm dan 22nm menjanjikan munculnya chip dengan kapasitas 1 Gbit dan lebih tinggi. Ini sudah cukup bagi SSD yang sama untuk menerima buffer memori normal dan non-volatil, bukan biasanya memori DDR. Baik GlobalFoundries maupun Samsung melakukan segala yang mereka bisa untuk mewujudkan hal ini setelah tahun 2018.

GlobalFoundries sedang bersiap untuk merilis pengontrol 22nm dengan memori eMRAM

Saat ini, kemajuan terbesar dalam menguasai produksi memori non-volatil jenis baru seperti MRAM (memori magnetoresistif) telah dibuat oleh GlobalFoundries. GlobalFoundries menandatangani perjanjian untuk memperkenalkan ST MRAM (Spin-Torque MRAM) ke dalam produksi, yang dikembangkan oleh Everspin Technologies. Ini adalah memori yang menulis data ke sel menggunakan transfer putaran elektron berdasarkan efek terowongan. Memori seperti itu jauh lebih hemat energi dibandingkan flash NAND dan jauh lebih cepat serta lebih andal. Masalah utama MRAM adalah selnya yang relatif besar dan kepadatan perekaman yang rendah. GlobalFoundries secara bertahap memecahkan masalah ini.

Pada bulan Agustus, di acara Flash Summit 2017, GlobalFoundries dan Everspin menunjukkan memori MRAM paling canggih dan padat di industri: chip 1-Gbit 28-nm yang diproduksi secara massal dan pra-produksi. Semua memori ini diproduksi oleh GlobalFoundries. Namun layanan utamanya adalah kemampuan untuk memproduksi pengontrol dan SoC dengan rangkaian memori MRAM bawaan di fasilitas GlobalFoundries. Solusi semacam itu dibedakan oleh memori internal yang cepat dan andal, di mana eksekusi kode hampir sama cepatnya dengan RAM. GlobalFoundries kini menawarkan alat desain untuk pengontrol 22nm dengan memori MRAM tertanam pada wafer FD-SOI (full depletion layer silikon-on-isolator).

Rancangan solusi pertama untuk teknologi proses 22FDX dengan memori MRAM terintegrasi akan dirakit untuk produksi percontohan pada kuartal pertama tahun 2018. Produksi risiko untuk proyek-proyek tersebut akan dilakukan pada akhir tahun 2018. GlobalFoundries berharap proses 22FDX akan digunakan oleh desainer dalam negeri, industri dan pengontrol mobil dan solusi untuk hal-hal yang terhubung ke internet bertenaga baterai. Teknologi 22FDX menjanjikan konsumsi chip yang cukup irit dan keandalan penyimpanan data yang tinggi. Misalnya sel MRAM pada teknologi proses 22FDX yang mampu menyimpan data tanpa kehilangan selama 10 tahun pada suhu 125 derajat Celcius. Eksperimen juga mengkonfirmasi bahwa selama proses penyolderan ulang memori dengan pemanasan hingga 260 derajat, sel MRAM tidak kehilangan informasi. Karakteristik seperti itu dibutuhkan untuk perangkat elektronik terpasang, dan dijamin dapat diterapkan dalam praktik.

TSMC akan memproduksi microchip memori eMRAM dan eRRAM

Perusahaan Manufaktur Semikonduktor Taiwan (TSMC), menurut sumber jaringan, bermaksud untuk mengatur produksi chip memori generasi baru.

Kita berbicara tentang produk MRAM dan RRAM untuk perangkat tertanam. Mari kita ingat bahwa MRAM adalah memori akses acak magnetoresistif: informasi dalam hal ini disimpan menggunakan momen magnetik, bukan muatan listrik. Sedangkan untuk RRAM, ini adalah memori akses acak resistif, yang prinsipnya adalah mengubah resistansi sel memori di bawah pengaruh tegangan yang diberikan. Penting untuk dicatat bahwa kedua jenis memori ini bersifat non-volatil, yaitu dapat menyimpan informasi yang direkam tanpa adanya daya eksternal.

Jadi, dilaporkan bahwa TSMC berencana untuk mengatur produksi risiko eMRAM (Embedded MRAM) pada tahun 2018, dan eRRAM pada tahun 2019. Rencananya akan menggunakan teknologi 22 nanometer.

Produk eMRAM dan eRRAM yang dirilis pada lini TSMC diharapkan dapat digunakan dalam sistem mobil pintar, perangkat Internet of Things, dan segala jenis gadget seluler dll.

Kami juga mencatat bahwa tahun depan TSMC berencana untuk memulai produksi massal produk menggunakan teknologi canggih 7 nanometer. Teknik ini akan digunakan untuk membuat microchip perangkat seluler, sistem komputasi berkinerja tinggi dan teknologi otomotif.

SK Hynix dan Toshiba membuat modul memori STT-MRAM 4 Gbit

SK Hynix dan Toshiba melaporkan kemajuan baru dalam pengembangan memori magnetoresistive (MRAM).

Informasi dalam MRAM disimpan menggunakan momen magnetik, bukan muatan listrik. Unsur magnet terbentuk dari dua lapisan feromagnetik yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik tipis. Salah satu lapisannya adalah magnet permanen yang dimagnetisasi ke arah tertentu, dan magnetisasi lapisan lainnya berubah di bawah pengaruh bidang luar.

SK Hynix dan Toshiba menggunakan teknologi STT-MRAM - Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory. Ia menggunakan "spin transfer" untuk menulis ulang sel memori. Efek ini memungkinkan Anda mengurangi jumlah arus yang diperlukan untuk menulis informasi ke sel.

Modul memori STT-MRAM yang dibuat oleh spesialis dari SK Hynix dan Toshiba ini memiliki kapasitas 4 Gbit. Terdiri dari delapan blok dengan kapasitas masing-masing 512 Mbit. Produk ini non-volatile, memiliki waktu akses yang singkat dan kecepatan transfer data yang tinggi.

Keputusan perusahaan tersebut akan dibahas lebih detail pada ajang ISSCC 2017 yang akan digelar pada Februari mendatang. SK Hynix dan Toshiba berharap dapat membawa pengembangan ini ke pasar komersial dalam waktu dua hingga tiga tahun.

Pelepasan memori MRAM 256-Mbit akan meningkatkan keandalan SSD

Titik lemah menyala memori keadaan padat atau SSD, buffer cache dari memori DRAM tetap ada. DI DALAM saat ini Chip memori DDR3 banyak digunakan sebagai memori buffer. Sudah lama direncanakan bahwa salah satu jenis memori non-volatil yang baru dan menjanjikan akan digunakan sebagai buffer SSD non-volatil - MRAM, RRAM, PCM atau yang lainnya (3D XPoint?). Faktanya, drive individu atau subsistem untuk menyimpan data dalam cache dalam sistem penyimpanan rak sudah menggunakan memori MRAM magnetoresistif dan bahkan memori berdasarkan efek keadaan fase materi (PCM) yang dapat diubah. Penggunaan memori MRAM dan PCM secara luas terbatas kapasitas kecil chip dari jenis memori ini. Namun, di masa depan, segala sesuatunya menjanjikan perubahan. Dan masa depan ini mungkin lebih dekat dari yang diharapkan.

Dalam wawancara dengan situs EE Times, direktur eksekutif Everspin Technologies mengatakan bahwa pada akhir tahun produksi chip MRAM 1-Gbit tipe ST-MRAM akan diluncurkan. Variasi memori MRAM ini, ST-MRAM, didasarkan pada efek perekaman sel menggunakan transfer informasi terowongan melalui putaran magnet elektron. Saat ini Everspin telah memulai produksi massal memori ST-MRAM dengan kapasitas 256 Mbit (32 MB). Perusahaan yakin bahwa kapasitas seperti itu memungkinkan memori ST-MRAM dengan percaya diri menjadi bagian dari SSD dan menjadi pengganti buffer RAM yang “tidak dapat dihancurkan”, karena data di ST-MRAM tidak hilang saat daya dimatikan. Untuk mencapai hal tersebut, perusahaan memproduksi chip ST-MRAM dengan antarmuka DDR3 dan DDR4.

Everspin ST-MRAM sebelumnya digunakan dalam sistem cache data oleh Dell di server PowerEdge dan di sistem penyimpanan PowerVault (DAS) dan EqualLogic (SAN). LSI menggunakan ST-MRAM non-volatil dalam drive RAID untuk menyimpan riwayat transaksi, dan perusahaan Jepang Melco ( merek dagang Kerbau) bahkan dilepasliarkan model tertentu SSD dengan buffer dari chip ST-MRAM. Dengan dirilisnya memori ST-MRAM yang lebih besar, praktik ini menjanjikan akan meluas, yang akan meningkatkan keandalan bekerja dengan SSD.

Institut Fisika dan Teknologi Moskow (MIPT) dan Crocus NanoElectronics (KNE) mengumumkan dimulainya program penelitian bersama untuk mengembangkan dan menguji teknologi produksi memori magnetoresistif STT-MRAM.

Memori MRAM menyimpan informasi menggunakan momen magnetik. Teknologi STT-MRAM (Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory), pada gilirannya, menggunakan “spin transfer” untuk menulis ulang sel memori. Penggunaan efek ini dalam memori magnetoresistif tradisional memungkinkan untuk mengurangi jumlah arus yang diperlukan untuk menulis informasi ke dalam sel, serta menggunakan proses teknologi dengan standar dari 90 menjadi 22 nanometer atau kurang.

Dilaporkan bahwa MIPT dan KNE akan mengarahkan upaya mereka pada pengembangan material baru, desain microchip, serta pengembangan metode pengendalian dan pemodelannya. Produksi memori STT-MRAM rencananya akan diselenggarakan di fasilitas KNE: platform teknologi perusahaan ini memungkinkan produksi produk berdasarkan struktur terowongan magnetik dengan standar topologi hingga 90/65 nanometer pada wafer dengan diameter dari 300mm.

« Fasilitas manufaktur perusahaan kami ideal untuk membuat produk tertanam atau terpisah berdasarkan STT-MRAM. Kami berharap teknologi ini akan segera hadir pasar besar- ini akan difasilitasi oleh keunggulan STT-MRAM dalam beberapa indikator seperti jumlah siklus penulisan ulang, kecepatan dan konsumsi daya", KNE melaporkan.

Mari kita tambahkan bahwa saat ini semua produsen DRAM RAM dinamis terbesar memiliki program STT-MRAM sendiri - teknologi ini dianggap sebagai kandidat utama untuk menggantikan DRAM dalam waktu dekat.

Magnetoresistif RAM

Memori magnetoresistif merupakan salah satu jenis RAM yang menjanjikan, namun belum banyak digunakan, namun memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan jenis RAM lainnya. Jenis memori ini pasti akan menjadi lebih populer dalam waktu dekat.

Mari kita cari tahu cara kerjanya. Dan mari kita mulai dengan desain sel memori magnetoresistif. Sederhana diagram blok sel memori magnetoresistif ditunjukkan pada Gambar 1.

Setiap sel memori magnetoresistif menyimpan 1 bit data dalam elemen magnet (MTJ 1), yang terdiri dari dua feromagnet dengan lapisan dielektrik tipis di antara keduanya.

Feromagnet adalah zat yang termagnetisasi (pada suhu di bawah titik Curie), bahkan tanpa adanya medan magnet luar.

Dielektrik adalah suatu zat yang tidak dapat menghantarkan arus listrik dengan baik.

Selain itu, salah satu feromagnet (ferromagnet F 2) merupakan magnet permanen yang termagnetisasi pada arah tertentu, dan feromagnet lainnya (feromagnet F 1) dapat mengubah arah magnetisasi di bawah pengaruh medan listrik. Jika kedua feromagnet memiliki arah magnetisasi yang sama, maka dianggap nol tersimpan di sel memori. Jika arah magnetisasi feromagnet tegak lurus, maka dianggap ada satuan yang tersimpan dalam sel memori.

Untuk mengubah arah magnetisasi feromagnet F 1, perlu mengalirkan arus ke saluran WC 1 dan WL 1. Pada titik perpotongan garis-garis tersebut, tepatnya di tempat letak unsur magnet, akan tercipta medan listrik dengan daya yang cukup sehingga feromagnet F 1 mengubah arah magnetisasi. Sel memori magnetoresistif yang tersisa yang terletak di sepanjang baris dan kolom yang diberi arus tidak akan mengubah arah magnetisasi, karena daya medan hanya dihasilkan oleh arus pada saluran WC 1, atau hanya oleh arus pada saluran WL 1, tidak cukup.

Metode mengubah magnetisasi (menulis data ke sel memori) sangat mirip dengan prinsip pengoperasian memori pada inti magnetik, yang banyak digunakan pada komputer generasi kedua.

Sel memori magnetoresistif yang dijelaskan secara skematis ditunjukkan pada Gambar 2.

Namun, menulis data ke dalam sel memori magnetoresistif menggunakan metode yang dijelaskan di atas memerlukan penciptaan medan listrik yang kuat, sehingga elemen magnet dari sel yang berdekatan harus ditempatkan berjauhan, dan oleh karena itu, ukuran memori magnetoresistif akan menjadi cukup besar. Dan konsumsi dayanya akan tinggi, terutama untuk penggunaan memori tersebut di perangkat seluler. sistem komputasi, bahkan dengan mempertimbangkan fakta bahwa tidak ada energi yang dikonsumsi untuk menyimpan data dalam sel memori magnetoresistif.

Untuk alasan ini, ada pencarian aktif cara-cara alternatif menulis data ke memori magnetoresistif, seperti penulisan termal, di mana sel memori dipanaskan segera sebelum menulis, sehingga lebih mudah untuk mengubah arah magnetisasi, atau perekaman bertahap menggunakan antiferromagnet dan sel memori multilayer. Ada cara lain untuk menulis ke memori magnetoresistif, namun semuanya masih dalam tahap pembuatan prototipe dan belum siap digunakan dalam produksi massal.

Namun di masa depan, jenis memori ini mungkin akan menggantikan semua jenis RAM lainnya, karena memiliki potensi yang signifikan karakteristik terbaik, baik dari segi kecepatan kerja maupun kualitas dan volume informasi yang disimpan. Meskipun memori ini masih digunakan sampai sekarang, memori ini terutama digunakan dalam proyek ilmiah dan teknis besar. Jadi pada tahun 2008, satelit buatan Jepang SpriteSat menggunakan memori magnetoresistif yang diproduksi oleh Freescale Semiconductor. Dan sejak April 2011, chip MRAM komersial pertama telah tersedia, berkapasitas 16 Mbit, dan ini baru permulaan.

Saat membaca data dari memori magnetoresistif, semuanya menjadi lebih sederhana. Sudah ada metode yang dapat diterima, berdasarkan pada perubahan hambatan listrik ketika arus mengalir antara dua lapisan feromagnet, dipisahkan oleh lapisan tipis dielektrik. Resistensi total akan lebih tinggi ketika magnetisasi lapisan dielektrik berorientasi tegak lurus. Berdasarkan besarnya arus yang mengalir melalui sel, seseorang dapat menentukan orientasi magnetisasi dan, dengan demikian, menentukan isi sel memori.

Jika kita kembali ke Gambar 2, maka pembacaan data dari sel memori akan diatur sebagai berikut:

• arus disuplai ke saluran RL 1, membuka transistor VT 1 dan memungkinkan data dibaca dari sel memori;
• jalur WC 1 disuplai arus yang melewati elemen magnet MTJ 1, kemudian melalui transistor terbuka VT 1, ke alat pembaca data, dimana nilai yang disimpan dalam sel memori akan ditentukan berdasarkan nilai arus.

Mari kita lihat kelebihan dan kekurangan utama memori magnetoresistif.

Keuntungan:

• kemandirian energi;
• kinerja tinggi (lebih cepat dari DRAM, tetapi lebih lambat dari SRAM);
• tidak diperlukan regenerasi sel.

Kekurangan:

• kesulitan dengan menggunakan metode yang ada catatan;
• ukuran sel memori yang besar karena teknologi perekaman;
• konsumsi daya yang tinggi karena alasan yang sama.

Ini menyimpulkan ulasan tentang RAM. Tentu saja, ada jenis memori lain dan metode penyimpanan informasi operasional, namun belum tersebar luas atau bahkan hanya ada dalam teori. Oleh karena itu, kami tidak akan membahasnya dalam artikel ini, tetapi topik ini pasti akan kami bahas dalam artikel yang membahas prospek perkembangan teknologi komputer.

Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia

Institusi Pendidikan Negara Bagian Federal untuk Pendidikan Profesional Tinggi

« Ural Selatan Universitas Negeri »

Fakultas Energi

Departemen "ESIS"

Abstrak memori akses acak magnetoresistif pada disiplin "Informatika"

Diperiksa, (Associate Professor) _______________ / Bashmakova N.Yu. / ________________ 20__ Penulis karyanya adalah siswa kelompok E-164 _______________ / Kulagin A.D. / ________________ 20__ Abstrak dilindungi dengan penilaian (dalam kata, gambar) _______ _______________20__.

Anotasi

Kulagin A.D. RAM magnetoresistif E-164 13

Tujuan abstraknya adalah untuk mencerminkan proses keteguhan energi tanpa adanya daya eksternal.

Tujuan dari abstrak adalah untuk mempelajari sifat dan tujuan perangkat memori akses acak MRAM.

1 Pendahuluan 4

2 Sejarah terciptanya teknologi MRAM5

3 Sifat memori magnetoresistif 5

3.1 Manfaat 5

3.2 Kekurangan 5

3.2.1 Karakteristik komparatif dari jenis memori utama 6

4 Struktur dan pengoperasian sel bit MRAM 6

5 Chip memori MR2A16A 8

5.1 fungsi MR2A16A 8 pin

6 Penerapan MRAM memori non-volatil 9

7 Prospek pengembangan 10

8 Kesimpulan 12

9 Daftar Pustaka 13

1. Perkenalan

RAM magnetoresistif(MRAM) adalah perangkat memori akses acak yang menyimpan informasi menggunakan momen magnetis, bukan muatan listrik.

Keuntungan terpenting dari jenis memori ini adalah non-volatilitas, yaitu kemampuan untuk menyimpan informasi yang direkam tanpa adanya daya eksternal.

1. Sejarah penciptaan teknologi mram

Sejarah penciptaan memori magnetoresistif MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) sudah ada sejak beberapa dekade yang lalu. Secara khusus, pekerjaan juga telah dilakukan di Rusia untuk menciptakan memori magnetoresistif untuk digunakan di bidang militer dan ruang angkasa. Namun, hampir semua upaya untuk membuat memori MRAM serial belum menghasilkan produk andal yang cocok untuk produksi massal.

Perusahaan besar seperti IBM, Cypress, Toshiba, Renesas, Hitachi, Mitsubishi, Motorola, dll. telah mengerjakan pengembangan memori selama lebih dari 10 tahun. Motorola memulai penelitian di bidang struktur magnetoresistif pada tahun 1995 bersama dengan Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan AS (DARPA US). Setelah pemisahan seluruh sektor komponen semikonduktor dari Motorola pada tahun 2004, perusahaan independen Freescale Semiconductor terus berupaya membawa produk tersebut ke produksi massal. Hasilnya, pada 10 Juli 2006, produk komersial lengkap yang menggunakan teknologi MRAM diumumkan - modul MR2A16A yang berdiri sendiri dengan kapasitas memori 4 Mbit.

Memori magnetoresistif adalah teknologi revolusioner yang memiliki semua sifat yang diperlukan agar benar-benar universal. Selain itu, ia memiliki sejumlah fitur unik yang membuka prospek pasar yang luas.

1. Sifat memori magnetoresistif

   1. Keuntungan

kemandirian energi;

kinerja tinggi;

tidak diperlukan regenerasi sel.

1. Kekurangan

kesulitan dengan metode pencatatan yang ada;

ukuran sel memori yang besar karena teknologi perekaman;

konsumsi daya yang tinggi karena alasan yang sama.

Memori akses acak magnetoresistif spin-transfer (ST-MRAM) muncul sebagai teknologi paling menjanjikan untuk perangkat memori generasi berikutnya. ST-MRAM bersifat non-volatil karena menyimpan data saat daya dimatikan. Cepat, dengan kecepatan baca dan tulis yang sebanding dengan DRAM dan bahkan cache SRAM. Ini juga hemat biaya karena menggunakan sel bit transistor tunggal yang kecil dan hanya memerlukan dua atau tiga tahap penyembunyian tambahan.

Namun MRAM memiliki karakteristik tersendiri. Mari kita lihat beberapa kesalahpahaman atau mitos paling umum tentang MRAM.

1. Menulis ke ST-MRAM 100% dapat diprediksi dan deterministik.

Kemungkinan besar, itulah yang Anda pikirkan. Lagi pula, jika Anda menulis satu triliun kali per sel yang bagus Memori SRAM atau DRAM, tidak termasuk kesalahan perangkat lunak atau berbagai kejadian eksternal, sel akan ditulis dengan benar satu triliun kali. Namun, MRAM berbeda dalam hal pengaturan vektor polarisasi magnetik adalah peristiwa probabilistik - menulis ke sel MRAM satu triliun kali hampir selalu berhasil, tetapi kadang-kadang tidak. Salah satu yang paling banyak masalah besar Teknologi MRAM yang perlu dibenahi adalah mengurangi tingkat kesalahan tulis (WER) ke tingkat serendah mungkin, serta memperbaiki beberapa kesalahan yang memang terjadi.

2. Saya sangat melihatnya karakteristik yang mengesankan MRAM - kinerja. Pada kecepatan 2 hingga 3 ns, sepertinya dapat menggantikan SRAM sepenuhnya.

Karakteristik MRAM dapat dioptimalkan. Misalnya, meningkatkan tegangan tulis akan meningkatkan waktu peralihan dan WER yang disebutkan di atas. Tapi ada juga sisi sebaliknya. Tegangan lebih secara signifikan meningkatkan konsumsi daya dan mengurangi masa pakai - jumlah siklus tulis sebelum penghalang terowongan habis. Seperti halnya semua jenis memori, kunci dalam merancang MRAM adalah menemukan kombinasi yang tepat antara kecepatan, konsumsi daya, masa pakai, dan waktu retensi untuk memenuhi kebutuhan aplikasi.

Dalam hal ini, ST-MRAM memberikan harapan besar. Informasi di dalamnya tidak hilang saat listrik dimatikan. Kinerjanya sebanding dengan DRAM, dan bahkan cache SRAM. Terakhir, biayanya tidak mahal karena menggunakan sel bit transistor tunggal yang kecil dan hanya memerlukan dua atau tiga operasi litografi tambahan untuk memproduksinya.

3. MRAM modern pada dasarnya adalah memori inti magnetik yang sama yang digunakan beberapa dekade lalu, hanya saja lebih kecil.

Kategori MRAM mencakup tiga generasi perangkat. Generasi pertama mencakup perangkat memori inti magnetik dan perangkat MRAM integrasi rendah lainnya yang menggunakan “field switching” dengan dua jenis teknologi ST-MRAM. MRAM generasi kedua - "planar" - menggunakan vektor polarisasi magnetik yang sejajar dengan bidang lapisan magnetik (yaitu permukaan wafer). Pada MRAM “tegak lurus” generasi ketiga, vektor induksi magnetik tegak lurus terhadap bidang wafer. Saat ini, upaya utama pengembang MRAM difokuskan pada perangkat dengan persimpangan terowongan magnetik tegak lurus (MTJ).

4. MRAM menghabiskan banyak energi.

Faktanya, konsumsi daya MRAM sangat rendah. Misalnya, dibandingkan dengan memori flash, ST-MRAM memerlukan energi 1000 hingga 10.000 kali lebih sedikit untuk menulis sedikit data, menjadikannya memori berdaya rendah yang ideal untuk perangkat IoT. Digunakan dalam aplikasi SRAM, MRAM tidak membuang energi untuk menyimpan data. Dan dalam aplikasi yang mirip dengan DRAM, MRAM tidak memerlukan energi untuk menyimpan atau memperbarui data. Dengan demikian, penghematan dayanya cukup signifikan.

5. MRAM adalah yang paling kompleks dari semua teknologi memori generasi mendatang.

Ada tantangan tertentu dalam pengembangan teknologi memori, dan tentu saja, setelah membaca paragraf sebelumnya, tampaknya MRAM juga rumit. Sifat MRAM yang probabilistik menimbulkan tantangan dalam penggunaannya, dan beberapa perusahaan masih berjuang untuk sepenuhnya menghilangkan kesalahan bit.

Namun, dibandingkan dengan teknologi memori generasi berikutnya, prinsip-prinsip MRAM jauh lebih dipahami dan dikomersialkan karena teknologi tersebut berasal dari industri disk drive. Persimpangan terowongan magnetik di kepala baca drive disk mirip dengan MTJ di sel bit MRAM datar. Diproduksi dan dipasang setiap tahun secara bergilir disk drive ratusan juta kepala seperti itu. Dan mungkin yang paling penting, dalam MRAM semua materi fisik bersifat statis. Tidak perlu memindahkan atom, seperti pada RRAM (resistive random access memory - red.), atau mengubah keadaan material, seperti pada RAM transisi fase.

6. MRAM adalah memori utama, memiliki kecepatan cache SRAM dan waktu retensi FLASH.

Pernyataan ini benar jika setiap bagian dipertimbangkan secara terpisah, karena waktu penyimpanan dan kecepatan tulis bertentangan - peningkatan di satu bagian menyebabkan penurunan di bagian lain. Benar juga bahwa MRAM dapat menyamai atau melampaui kinerja penyimpanan memori flash, sekaligus lebih tahan lama, lebih cepat, dan lebih hemat biaya. Selain itu, meskipun perangkat MRAM dapat beroperasi pada kecepatan cache, dengan waktu penyimpanan yang sebanding dengan memori flash, MRAM akan beberapa kali lebih lambat - kecepatan tulisnya mungkin berkisar antara 40 hingga 100 ns. Sementara itu, cache MRAM dengan kecepatan kurang dari 10 ns tidak dapat diproduksi menggunakan teknologi konvensional ST-MRAM sehingga memiliki waktu penyimpanan lebih dari detik atau mungkin jam.

7. MRAM sangat sulit untuk diproduksi.

Faktanya, semua tahapan produksi MRAM sangat sederhana: pengendapan material lapis demi lapis, pengetsaan, dan pembentukan interkoneksi. Tentu saja, pembuatan MRAM berdensitas tinggi menimbulkan tantangan tertentu terkait dengan pengembangan material untuk lapisan internal dan proses etsa. Namun setelah dikuasai, teknologi MRAM hanya akan sedikit lebih mahal dibandingkan CMOS, karena hanya memerlukan dua atau tiga langkah litografi tambahan dan proses manufaktur terkait.

8. Orang-orang berbicara tentang diameter sambungan terowongan magnet yang berbeda-beda. Menurut saya diameter transisi harus sesuai dengan proses yang digunakan.

Diameter persimpangan terowongan magnetik memiliki hubungan yang lemah dengan standar topologi dari proses teknis yang digunakan. MTJ harus cukup kecil agar sesuai dengan luas elemen yang dihasilkan dalam proses dasar, namun dimensinya biasanya jauh lebih besar. Misalnya, proses pembuatan rangkaian logika dengan standar desain 28 nm kemungkinan besar akan menggunakan MTJ dengan diameter 40 hingga 60 nm. Pemilihan diameter MTJ sebenarnya cukup rumit, karena banyak propertinya yang berubah seiring dengan mengecilnya ukuran perangkat.

9. Peralatan manufaktur MRAM dipinjam dari industri hard drive dan tidak cocok untuk produksi semikonduktor volume tinggi.

Saat ini, TEL, Applied Materials, divisi Anelva Canon, Singulus, LAM dan perusahaan lain sedang mengembangkan atau memasok peralatan untuk produksi massal wafer MRAM 300mm

10. Medan magnet yang berasal dari MRAM akan mengganggu pengoperasian rangkaian CMOS yang mendasarinya, seperti halnya sensor magnet dan kompas pada perangkat seluler.

Bidang kolom MTJ kecil turun dengan sangat cepat, dan pada kedalaman transistor efek medan, bidang tersebut sudah dapat diabaikan.

11. Memori MRAM lebih mungkin kehilangan data dibandingkan SRAM.

Pada perangkat SRAM dan DRAM, selalu ada kemungkinan kehilangan data akibat paparan radiasi pengion latar belakang. Dan masalah ini menjadi lebih buruk karena ukuran elemen terus mengecil. Masalah ini tidak terjadi pada perangkat penyimpanan berbasis MTJ MRAM karena perangkat tersebut secara inheren kebal terhadap radiasi pengion. Ini berarti bahwa teknologi MRAM, bila dikombinasikan dengan teknologi CMOS yang sesuai, sangat ideal untuk aplikasi luar angkasa dan area lain yang terdapat radiasi.

Keuntungan terpenting dari jenis memori ini adalah non-volatilitas, yaitu kemampuan untuk menyimpan informasi yang direkam (misalnya, konteks program tugas dalam sistem dan keadaan keseluruhan sistem) tanpa adanya daya eksternal.

Teknologi memori magnetoresistif telah dikembangkan sejak tahun 1990an. Dibandingkan dengan volume produksi jenis lainnya yang terus meningkat memori komputer, khususnya memori flash dan DRAM, belum banyak terwakili di pasaran. Namun, para pendukungnya percaya bahwa, karena sejumlah keunggulannya, memori ini pada akhirnya akan menggantikan semua jenis memori komputer dan menjadi memori komputer yang benar-benar "universal".

Keterangan

Berbeda dengan jenis perangkat penyimpanan lainnya, informasi dalam memori magnetoresistif disimpan bukan dalam bentuk muatan atau arus listrik, tetapi dalam elemen memori magnetik. Unsur magnet terbentuk dari dua lapisan feromagnetik yang dipisahkan oleh lapisan tipis dielektrik. Salah satu lapisannya adalah magnet permanen yang dimagnetisasi ke arah tertentu, dan magnetisasi lapisan lainnya berubah di bawah pengaruh medan luar. Perangkat memori disusun berdasarkan prinsip grid, terdiri dari “sel” individual yang berisi elemen memori dan transistor.

Informasi dibaca dengan mengukur hambatan listrik sel. Sebuah sel individual (biasanya) dipilih dengan menerapkan daya ke transistor yang sesuai, yang memasok arus dari catu daya melalui sel memori ke landasan bersama chip. Karena efek resistensi magnet terowongan hambatan listrik sel berubah tergantung pada orientasi relatif magnetisasi pada lapisan. Berdasarkan besarnya arus yang mengalir, Anda dapat menentukan resistansi sel tertentu, dan sebagai konsekuensinya, polaritas lapisan yang dapat ditulis ulang. Biasanya, orientasi magnetisasi yang sama pada lapisan suatu elemen ditafsirkan sebagai “0”, sedangkan arah magnetisasi lapisan yang berlawanan, ditandai dengan lebih banyak resistensi yang tinggi- sebagai "1".

Informasi dapat direkam dalam sel menggunakan berbagai metode. Dalam kasus yang paling sederhana, setiap sel terletak di antara dua garis perekam yang ditempatkan tegak lurus satu sama lain, satu di atas dan yang lainnya di bawah sel. Ketika arus melewatinya, medan magnet diinduksi pada titik perpotongan garis perekam, yang mempengaruhi lapisan yang dapat ditulis ulang. Metode perekaman yang sama digunakan dalam memori inti magnetik, yang digunakan pada tahun 1960an. Cara ini memerlukan cukup banyak arus tinggi diperlukan untuk membuat lapangan, dan ini membuatnya tidak terlalu cocok untuk digunakan pada perangkat portabel yang mengutamakan konsumsi daya yang rendah, ini adalah salah satu kelemahan utama MRAM. Selain itu, seiring dengan mengecilnya ukuran chip, akan tiba saatnya medan induksi akan tumpang tindih dengan sel-sel tetangga di area kecil, yang akan menyebabkan kemungkinan kesalahan penulisan. Karena itu, memori MRAM dari jenis ini perlu menggunakan sel secukupnya ukuran besar. Salah satu solusi eksperimental untuk masalah ini adalah penggunaan domain melingkar yang dibaca dan ditulis menggunakan efek keengganan magnet raksasa, namun penelitian ke arah ini tidak lagi dilakukan.

Pendekatan lain, peralihan mode, menggunakan perekaman multi-langkah dengan sel multilayer yang dimodifikasi. Sel dimodifikasi agar mengandung antiferromagnet buatan, di mana orientasi magnetik bergantian bolak-balik melintasi permukaan, dengan kedua lapisan (terpasang dan bebas) terdiri dari tumpukan multilayer yang diisolasi oleh "lapisan pengikat" tipis. Lapisan yang dihasilkan hanya memiliki dua keadaan stabil, yang dapat dialihkan dari satu ke yang lain dengan menentukan waktu arus tulis pada dua saluran, sehingga salah satunya sedikit tertunda, sehingga “memutar” bidang. Tegangan apa pun yang kurang dari level penulisan penuh sebenarnya meningkatkan resistensi peralihannya. Ini berarti bahwa sel-sel yang terletak di sepanjang salah satu garis tulis tidak akan terkena efek pembalikan magnetisasi yang tidak disengaja, sehingga memungkinkan penggunaan ukuran sel yang lebih kecil.

Teknologi spin-torque-transfer-STT atau spin-transfer switching yang baru menggunakan elektron dengan keadaan putaran tertentu (“terpolarisasi”). Melewati lapisan feromagnetik bebas, torsinya ditransfer ke magnetisasi lapisan ini dan mengarahkannya kembali. Hal ini mengurangi jumlah arus yang diperlukan untuk menulis informasi ke sel memori, dan konsumsi saat membaca dan menulis menjadi kira-kira sama. Teknologi STT harus memecahkan masalah yang akan dihadapi oleh teknologi MRAM "klasik" seiring dengan meningkatnya kepadatan sel memori dan peningkatan arus yang diperlukan untuk menulis. Oleh karena itu, teknologi STT akan relevan bila menggunakan proses teknologi 65 nm atau kurang. Sisi negatif adalah saat ini STT memerlukan lebih banyak arus pada transistor kontrol untuk beralih dibandingkan MRAM konvensional, yang berarti memerlukan transistor yang besar dan kebutuhan untuk menjaga koherensi rotasi. Secara keseluruhan, meskipun demikian, STT memerlukan arus tulis yang jauh lebih sedikit dibandingkan MRAM konvensional atau switch.

Cara lain yang mungkin untuk mengembangkan teknologi memori magnetoresistif adalah teknologi peralihan termal (TAS-Thermal Assisted Switching), di mana selama proses penulisan persimpangan terowongan magnetik memanas dengan cepat (seperti PRAM) dan tetap stabil pada suhu yang lebih rendah sepanjang waktu, serta teknologi transportasi vertikal (VMRAM-transportasi vertikal MRAM), di mana arus yang melewati kolom vertikal mengubah orientasi magnetik, dan susunan geometris sel memori mengurangi masalah pembalikan magnetisasi acak dan, karenanya, dapat meningkatkan kemungkinan kepadatan sel.

Perbandingan dengan jenis memori lainnya

Kepadatan penempatan elemen dalam sirkuit mikro

Faktor utama yang menjadi sandaran biaya produksi chip memori adalah kepadatan penempatan sel individu di dalamnya. Semakin kecil ukuran satu sel, semakin besar jumlahnya yang dapat ditempatkan pada satu chip, dan karenanya jumlah yang lebih besar chip dapat diproduksi sekaligus dari satu wafer silikon. Hal ini meningkatkan hasil produk yang sesuai dan mengurangi biaya produksi chip.

| - (((keterangan))).

| - “(((kutipan)))”((#if: 21-07-2016 | ))

))((#jika: 21-07-2016

| Dicentang ((#iferror: ((#time: j xg Y | 21-07-2016 )) | 21-07-2016((#if: | (((accessyear))) )))).

| Dicentang ((#iferror: ((#time: j xg Y | (((accessmonthday))) )) | (((accessmonthday)))((#if: | (((accessyear))) )) )).

| Dicentang ((#iferror: ((#time: j xg Y | (((accessdaymonth))) )) | (((accessdaymonth)))((#if: | (((accessyear))) )) )).

| [(((arsip))) Diarsipkan dari versi asli ((#iferror: ((#waktu: j xg Y | (((tanggal arsip))) )) | (((tanggal arsip))) ))].

Aplikasi

Memori MRAM diharapkan dapat digunakan pada perangkat seperti:

• Sistem luar angkasa dan militer
• Stasiun pangkalan seluler
• Alat khusus untuk merekam data (kotak hitam)

Lihat juga

Catatan

Tag ekstensi "referensi" tidak diketahui

Tautan

• Chip baru ini akan mengurangi ketergantungan pada pasokan listrik / BBC Rusia, Juli 2006