MRAM es una palabra nueva en la creación de chips de memoria. RAM magnetorresistiva
Plan:
- Introducción
- 1 Descripción
- 2
Comparación con otros tipos de memoria
- 2.1 Densidad de colocación de elementos en un microcircuito.
- 2.2 Consumo de energía
- 2.3 Rendimiento
- 2.4 Comparación general
- 3 Historia
- 3.1 Estado actual
- 4 Aplicación
Introducción
RAM magnetorresistiva(MRAM-inglés) memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva ) es un dispositivo de memoria de acceso aleatorio que almacena información utilizando momentos magnéticos en lugar de cargas electricas.
La ventaja más importante de este tipo de memoria es la no volatilidad, es decir, la capacidad de almacenar información grabada en ausencia de alimentación externa.
La tecnología de memoria magnetorresistiva ha estado en desarrollo desde la década de 1990. En comparación con la creciente producción de otros tipos de memoria informática, especialmente la memoria flash y la DRAM, todavía no está ampliamente disponible en el mercado. Sin embargo, sus defensores creen que, debido a una serie de ventajas, eventualmente reemplazará todos los tipos de memoria de computadora y se convertirá en una memoria de computadora verdaderamente "universal".
Estructura simplificada de una celda de memoria MRAM
1. Descripción
A diferencia de otros tipos de dispositivos de almacenamiento, la información en la memoria magnetorresistiva no se almacena en forma de cargas o corrientes eléctricas, sino en elementos de memoria magnética. Los elementos magnéticos están formados por dos capas ferromagnéticas separadas por una fina capa dieléctrica. Una de las capas es un imán permanente magnetizado en una dirección determinada y la magnetización de la otra capa cambia bajo la influencia de un campo externo. El dispositivo de memoria está organizado según el principio de una cuadrícula y consta de "celdas" individuales que contienen un elemento de memoria y un transistor.
La información se lee midiendo la resistencia eléctrica de la celda. Una celda individual se selecciona (generalmente) aplicando energía a su transistor correspondiente, que suministra corriente desde la fuente de alimentación a través de la celda de memoria a tierra común microcircuitos. Debido al efecto de la magnetorresistencia del túnel, resistencia electrica Las celdas cambian dependiendo de la orientación relativa de las magnetizaciones en las capas. Por la magnitud de la corriente que fluye, es posible determinar la resistencia de una celda determinada y, como consecuencia, la polaridad de la capa reescribible. Normalmente, la misma orientación de magnetización en las capas de un elemento se interpreta como "0", mientras que la dirección opuesta de magnetización de las capas, caracterizada por una mayor resistencia, se interpreta como "1".
La información se puede registrar en celdas utilizando una variedad de métodos. En el caso más sencillo, cada celda se encuentra entre dos líneas de registro situadas en ángulo recto entre sí, una encima y la otra debajo de la celda. Cuando la corriente pasa a través de ellos, se induce un campo magnético en la intersección de las líneas de grabación, que afecta a la capa reescribible. El mismo método de grabación se utilizó en la memoria de núcleo magnético, que se utilizó en la década de 1960. Este método requiere una corriente bastante grande para crear el campo, y esto los hace no muy adecuados para su uso en dispositivos portátiles donde el bajo consumo de energía es importante, esta es una de las principales desventajas de la MRAM. Además, a medida que el tamaño del chip disminuye, llegará un momento en el que el campo inducido se superpondrá a las celdas vecinas en un área pequeña, lo que provocará posibles errores de escritura. Debido a esto, la memoria MRAM de este tipo Necesito usar suficientes células gran tamaño. Una solución experimental a este problema fue el uso de dominios circulares leídos y escritos utilizando el efecto de reluctancia magnética gigante, pero ya no se realizan investigaciones en esta dirección.
Otro enfoque, el cambio de modo, utiliza la grabación de varios pasos con una celda multicapa modificada. La celda modificada contiene un antiferroimán artificial donde la orientación magnética se alterna hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie, con capas unidas y libres compuestas de pilas de múltiples capas aisladas por una delgada "capa de unión". Las capas resultantes tienen sólo dos estados estables, que se pueden cambiar de uno a otro cronometrando la corriente de escritura en las dos líneas de modo que una se retrase ligeramente, "girando" así el campo. Cualquier voltaje inferior al nivel de escritura total en realidad aumenta su resistencia de conmutación. Esto significa que las celdas ubicadas a lo largo de una de las líneas de escritura no estarán sujetas al efecto de una inversión de magnetización involuntaria, lo que permitirá el uso de tamaños de celda más pequeños.
Una nueva tecnología, spin-torque-transfer-STT, o conmutación de transferencia de espín, utiliza electrones con estado dado girar (“polarizado”), rotando directamente las áreas. Especialmente si los electrones fluyen hacia la capa, su rotación debería cambiar, esto contribuirá a la rotación y se transferirá a la capa más cercana. Esto reduce la cantidad de corriente necesaria para escribir información en una celda de memoria, y el consumo de sólo lectura y de sólo escritura se vuelve aproximadamente el mismo. La tecnología STT debería resolver los problemas que encontrará la tecnología MRAM “clásica” a medida que aumente la densidad de las celdas de memoria y el correspondiente aumento en la corriente requerida para escribir. Por lo tanto, la tecnología STT será relevante al utilizar proceso tecnológico 65 nm o menos. La desventaja es que actualmente, STT necesita pasar más corriente a través del transistor de accionamiento que la MRAM convencional, que requiere un transistor más grande, y es necesario mantener la coherencia rotacional. En general, a pesar de esto, STT requiere mucha menos corriente de escritura que la MRAM convencional o de conmutación.
Otras posibles formas de desarrollar la tecnología de memoria magnetorresistiva son la tecnología de conmutación térmica (TAS-Thermal Assisted Switching), en la que durante el proceso de escritura la unión del túnel magnético se calienta rápidamente (como PRAM) y el resto del tiempo permanece estable a una temperatura más baja. así como la tecnología de transporte vertical ( VMRAM-transporte vertical MRAM) en el que la corriente que pasa a través de las columnas verticales cambia la orientación magnética y dicha disposición geométrica de las celdas de memoria reduce el problema de la inversión aleatoria de la magnetización y, en consecuencia, puede aumentar la posible densidad celular.
2. Comparación con otros tipos de memoria
2.1. Densidad de colocación de elementos en un microcircuito.
El factor principal del que depende el costo de producción de los chips de memoria es la densidad de colocación en ellos. células individuales. Cuanto menor sea el tamaño de una celda, más se podrán colocar en un chip y, en consecuencia, mayor será el número de chips que se podrán producir a la vez a partir de una sola oblea de silicio. Esto mejora el rendimiento de productos adecuados y reduce el coste de producción de chips.
La memoria DRAM utiliza condensadores como elementos de memoria, conductores que transportan corriente hacia y desde ellos y un transistor de control, la llamada celda "1T/1C". El condensador consta de dos pequeñas placas de metal separadas por una fina capa de dieléctrico y puede fabricarse tan pequeño como lo permita la tecnología de proceso actual. La memoria DRAM tiene la densidad de celdas más alta de cualquier tipo de memoria disponible en la actualidad. Esto lo convierte en el más barato y se utiliza como RAM principal de las computadoras.
Una celda de memoria MRAM tiene un diseño similar a una celda DRAM, aunque a veces no utiliza un transistor para registrar información. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, la memoria MRAM sufre un problema de selección media, lo que hace que el tamaño de la celda cuando se usa tecnología convencional La MRAM está limitada a 180 nm o más. Utilizando la tecnología MRAM de cambio de modo es posible lograr tamaños de celda mucho más pequeños antes de que los efectos de media selección se conviertan en un problema (aparentemente alrededor de 90 nm). La mayoría de los chips de memoria DRAM modernos tienen el mismo tamaño de celda. Aunque es suficiente buenas caracteristicas Para su implementación en producción, existen perspectivas de que la memoria magnetorresistiva alcance dimensiones de 65 nm, similar a los dispositivos de memoria más avanzados, esto requiere el uso de tecnología STT.
2.2. Consumo de energía
Debido a que los condensadores utilizados en los chips DRAM pierden su carga con el tiempo, los chips de memoria que los utilizan deben actualizar periódicamente el contenido de todas las celdas leyendo cada celda y reescribiendo su contenido. Esto requiere tener fuente permanente fuente de alimentación, por lo que tan pronto como se apaga la computadora, la memoria DRAM pierde toda la información almacenada. Cuanto menor sea el tamaño de la celda de memoria, más frecuentes serán los ciclos de actualización y, por lo tanto, aumentará el consumo de energía.
A diferencia de la DRAM, la memoria MRAM no requiere actualización constante. Esto significa no sólo que la memoria retiene la información escrita en ella cuando se apaga la alimentación, sino también que, en ausencia de operaciones de lectura o escritura, no se consume energía en absoluto. Aunque teóricamente la memoria MRAM debería consumir más energía que la DRAM a la hora de leer información, en la práctica tienen casi el mismo consumo de energía de lectura. Sin embargo, el proceso de escritura requiere de tres a ocho veces más energía que la lectura; esta energía se gasta en cambiar campo magnético. Aunque la cantidad exacta de energía ahorrada depende de la naturaleza del trabajo - más grabación frecuente requerirá más energía; en general, se espera más bajo consumo de energía(hasta un 99% menos) en comparación con DRAM. Con la tecnología STT MRAM, el consumo de energía para escribir y leer es aproximadamente el mismo, y el consumo de energía general es incluso menor.
Puede comparar la memoria magnetorresistiva con otro tipo de memoria de la competencia, la memoria flash. Al igual que la memoria magnetorresistiva, la memoria flash no es volátil y no pierde información cuando se apaga, lo que la hace muy fácil de reemplazar. discos duros en dispositivos portátiles como reproductores MP3 o cámaras digitales. Al leer información, la memoria flash y la MRAM tienen un consumo de energía similar. Sin embargo, para registrar información en chips de memoria flash, se requiere un pulso de voltaje potente (aproximadamente 10 V), que se acumula durante un cierto tiempo al bombear la carga, esto requiere mucha energía y tiempo. Además, el pulso actual destruye físicamente las celdas de memoria y la información solo se puede escribir en la memoria flash un número limitado de veces antes de que falle la celda de memoria.
A diferencia de la memoria flash, los chips MRAM requieren un poco más de energía para escribir que para leer. No es necesario aumentar el voltaje, no se requiere bombeo de carga. Esto conduce a operaciones más rápidas, menos consumo de energía y una vida útil no limitada. Se supone que la memoria flash será el primer tipo de chip de memoria que eventualmente será reemplazado por MRAM.
2.3. Actuación
El rendimiento de la memoria DRAM está limitado por la velocidad a la que la carga almacenada en las celdas puede drenarse (para lectura) o almacenarse (para escribir). MRAM opera midiendo voltajes, lo cual es preferible a trabajar con corrientes porque requiere menos tiempo para los transitorios. Los investigadores de IBM han demostrado dispositivos MRAM con tiempos de acceso del orden de 2 ns, notablemente mejores que incluso las DRAM más avanzadas basadas en los últimos procesos tecnológicos. Ventajas en comparación con memoria flash Más importante aún, su tiempo de lectura es similar, pero su tiempo de escritura es miles de veces menor.
Sólo uno tecnología moderna La memoria puede competir en rendimiento con la memoria magnetorresistiva. Este memoria estática o SRAM. Las celdas de memoria SRAM son flip-flops que almacenan uno de dos estados siempre que se suministre energía. Cada flip-flop consta de varios transistores. Dado que los transistores tienen un consumo de energía muy bajo, sus tiempos de conmutación son muy cortos. Pero debido a que una celda de memoria SRAM consta de varios transistores, generalmente cuatro o seis, su área es mayor que la de una celda de memoria DRAM. Esto encarece la SRAM, por lo que se utiliza sólo en pequeñas cantidades, como memoria especialmente de alta velocidad, como la memoria caché y los registros en la mayoría de los modelos modernos. unidades centrales de procesamiento.
Aunque la memoria magnetorresistiva no es tan rápida como la memoria tipo SRAM, es bastante interesante en esta capacidad. Tiene una mayor densidad y los diseñadores de CPU podrían en el futuro optar por utilizar memoria caché entre una gran cantidad de menos memoria rápida MRAM y cantidades más pequeñas de SRAM más rápida. Queda por ver cómo se vende y cómo funcionará en el futuro.
2.4. Comparación general
La memoria magnetorresistiva tiene un rendimiento comparable a la memoria SRAM, la misma densidad de celdas, pero menor consumo de energía que la memoria DRAM, es más rápida y no sufre degradación con el tiempo en comparación con la memoria flash. Esta es la combinación de propiedades que pueden convertirla en una “memoria universal” que puede reemplazar a SRAM, DRAM, EEPROM y Flash. Esto explica gran número investigaciones encaminadas a su desarrollo.
Por supuesto, en en este momento MRAM aún no está listo para amplia aplicación. La enorme demanda en el mercado de las memorias flash está obligando a los fabricantes a implementar agresivamente nuevos procesos tecnológicos. Las fábricas más recientes, en las que, por ejemplo, se fabrican chips de memoria flash de Samsung de 16 GB, utilizan una tecnología de proceso de 50 nm. Las líneas de producción más antiguas producen chips de memoria DRAM DDR2, que utilizan la tecnología de proceso de 90 nm de la generación anterior.
La memoria magnetorresistiva todavía está en gran medida "en desarrollo" y se produce mediante procesos de fabricación obsoletos. Dado que actualmente la demanda de memorias flash supera la oferta, no tardará en aparecer una empresa que decida trasladar una de sus fábricas, con el último proceso tecnológico, a la producción de chips de memoria magnetorresistivos. Pero incluso en este caso, el diseño de la memoria magnetorresistiva es actualmente inferior al de la memoria flash en términos de tamaño de celda, incluso cuando se utilizan los mismos procesos tecnológicos.
3. Historia
- 1955: invención de la memoria de núcleo magnético, que utiliza un método similar a MRAM para leer y escribir información.
- 1989 - Los científicos de IBM hicieron una serie de descubrimientos clave sobre el "efecto magnetorresistivo gigante" en estructuras de películas delgadas.
- 1995: Motorola (más tarde Freescale) comienza a desarrollar MRAM.
- 2000: se establecen IBM e Infeneon programa general Desarrollo de MRAM.
- 2002: NVE anuncia un intercambio de tecnología con Cypress Semiconductor.
- 2003: se introduce el chip MRAM de 128 kbit, fabricado con tecnología de 0,18 micrones.
- Junio: Infineon anuncia 16 Mbit prototipo, basado en tecnología de 0,18 micras.
- Septiembre: MRAM se convierte en un producto estándar en Freescale, que comienza a probar MRAM.
- Octubre: los desarrolladores taiwaneses de MRAM imprimen celdas de 1 Mbit en TSMC.
- Octubre: Micron abandona MRAM y considera otras memorias.
- Diciembre: TSMC, NEC y Toshiba describen nuevas celdas MRAM.
- Diciembre: Renesas Technology desarrolla tecnología MRAM altamente confiable y de alta velocidad.
- Enero: Cypress prueba MRAM y utiliza NVE IP.
- Marzo: Cypress vende su filial MRAM.
- Junio: Honeywell presenta una hoja de datos para MRAM endurecida por radiación de 1 Mbit utilizando tecnología de 0,15 micrómetros.
- Agosto: récord de MRAM: la celda de memoria funciona a 2 GHz.
- Noviembre: Renesas Technology y Grandis colaboran para desarrollar MRAM de 65 nm utilizando movimiento de rotación-torsión.
- Diciembre: Sony presenta la primera MRAM de traducción de par de rotación del laboratorio, que utiliza corriente polarizada rotacional a través de una capa magnetorresistiva de túnel para escribir datos. Este método es más eficiente energéticamente y más ampliable que la MRAM convencional. Con ventajas adicionales en materiales, este proceso debería permitir densidades mayores que las posibles en DRAM.
- Diciembre: Freescale Semiconductor Inc. anuncia MRAM que utiliza óxido de magnesio en lugar de óxido de aluminio, lo que permite una barrera de túnel de aislamiento más delgada y una resistencia de bits mejorada durante el ciclo de escritura, reduciendo así la corriente de escritura requerida.
3.1. Estado actual
- Febrero: Toshiba y NEC anunciaron un chip MRAM de 16 Mbit con un nuevo diseño de "ventilador de potencia". Lograron una velocidad de transferencia de 200 MB/s, con un tiempo de ciclo de 34 ns. mejor rendimiento cualquier chip MRAM. También están orgullosos de lo menos tamaño físico de su clase (78,5 milímetros cuadrados) y un bajo consumo energético de 1,8 voltios.
- Julio - 10 de julio, Austin Texas - Freescale Semiconductor está introduciendo chips MRAM de 4 Mbit en el mercado, con un precio aproximado de $25,00 por chip.
- Noviembre: NEC desarrolló la memoria magnetorresistiva compatible con SRAM más rápida del mundo, con una frecuencia operativa de 250 MHz.
- SpriteSat de Japón utiliza memoria magnetorresistiva de Freescale Semiconductor para reemplazar los componentes SRAM y FLASH.
- Marzo: Siemens eligió chips de memoria MRAM de 4 Mb producidos por tecnologías Everspin como memoria no volátil para nuevos paneles de operador industriales.
- Junio: Samsung y Hynix se convierten en socios en el desarrollo de STT-MRAM.
- Junio: Freescale Semiconductor escinde todo su negocio de memorias magnetorresistivas en una empresa independiente, Everspin.
- Febrero: NEC y NEC Electronics anunciaron la demostración exitosa de una memoria magnetorresistiva en funcionamiento con una capacidad de 32 Mbit.
- Abril: Everspin presentó los primeros chips MRAM disponibles comercialmente en el mundo con una capacidad de 16 Mb.
4. Solicitud
Se espera que la memoria MRAM se utilice en dispositivos como:
- Sistemas aeroespaciales y militares.
- Cámaras digitales
- portátiles
- Tarjetas inteligentes
- Teléfonos móviles
- Estaciones base celulares
- Computadoras personales
- Para reemplazo de SRAM con batería
- Dispositivos especiales para registro de datos (cajas negras)
Este resumen está basado en un artículo de la Wikipedia rusa. Sincronización completada 16/07/11 21:08:39.
La ventaja más importante de este tipo de memoria es la no volatilidad, es decir, la capacidad de retener información registrada (por ejemplo, contextos de programa de tareas en el sistema y el estado de todo el sistema) en ausencia de energía externa.
La tecnología de memoria magnetorresistiva ha estado en desarrollo desde la década de 1990. En comparación con la creciente producción de otros tipos de memoria informática, especialmente flash y DRAM, todavía no está ampliamente disponible en el mercado. Sin embargo, sus defensores creen que, debido a una serie de ventajas, eventualmente reemplazará todos los tipos de memoria de computadora y se convertirá en una memoria de computadora verdaderamente "universal".
Descripción
A diferencia de otros tipos de dispositivos de almacenamiento, la información en la memoria magnetorresistiva no se almacena en forma de cargas o corrientes eléctricas, sino en elementos de memoria magnética. Los elementos magnéticos están formados por dos capas ferromagnéticas separadas por una fina capa de dieléctrico. Una de las capas es un imán permanente magnetizado en una dirección determinada y la magnetización de la otra capa cambia bajo la influencia de un campo externo. El dispositivo de memoria está organizado según el principio de una cuadrícula y consta de "celdas" individuales que contienen un elemento de memoria y un transistor.
La información se lee midiendo la resistencia eléctrica de la celda. Una celda individual se selecciona (generalmente) aplicando energía a su transistor correspondiente, que suministra corriente desde la fuente de alimentación a través de la celda de memoria hasta la tierra común del chip. Debido al efecto de la magnetorresistencia del túnel, la resistencia eléctrica de la celda cambia dependiendo de la orientación relativa de las magnetizaciones en las capas. Por la magnitud de la corriente que fluye, se puede determinar la resistencia de una celda determinada y, como consecuencia, la polaridad de la capa reescribible. Normalmente, la misma orientación de magnetización en las capas de un elemento se interpreta como "0", mientras que la dirección opuesta de magnetización de las capas, caracterizada por una mayor resistencia, se interpreta como "1".
La información se puede registrar en celdas utilizando una variedad de métodos. En el caso más sencillo, cada celda se encuentra entre dos líneas de registro situadas en ángulo recto entre sí, una encima y la otra debajo de la celda. Cuando una corriente pasa a través de ellos, se induce un campo magnético en el punto donde se cruzan las líneas de grabación, lo que afecta a la capa reescribible. El mismo método de grabación se utilizó en la memoria de núcleo magnético, que se utilizó en la década de 1960. Este método requiere una corriente bastante grande para crear el campo, y esto los hace no muy adecuados para su uso en dispositivos portátiles donde el bajo consumo de energía es importante, esta es una de las principales desventajas de la MRAM. Además, a medida que el tamaño de los chips disminuye, llegará un momento en el que el campo inducido se superpondrá a las celdas vecinas en un área pequeña, lo que dará lugar a posibles errores de escritura. Debido a esto, este tipo de MRAM requiere el uso de celdas suficientemente grandes. Una solución experimental a este problema fue el uso de dominios circulares leídos y escritos utilizando el efecto de reluctancia magnética gigante, pero ya no se realizan investigaciones en esta dirección.
Otro enfoque, el cambio de modo, utiliza la grabación de varios pasos con una celda multicapa modificada. La celda se modifica para contener un antiferroimán artificial, donde la orientación magnética se alterna hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie, con ambas capas (unidas y libres) compuestas por pilas de múltiples capas aisladas por una delgada "capa de unión". Las capas resultantes tienen sólo dos estados estables, que se pueden cambiar de uno a otro cronometrando la corriente de escritura en las dos líneas, de modo que una se retrasa ligeramente, "girando" así el campo. Cualquier voltaje inferior al nivel de escritura total en realidad aumenta su resistencia de conmutación. Esto significa que las celdas ubicadas a lo largo de una de las líneas de escritura no estarán sujetas al efecto de una inversión de magnetización involuntaria, lo que permitirá el uso de tamaños de celda más pequeños.
La nueva tecnología STT de transferencia de par de espín, o conmutación de transferencia de espín, utiliza electrones con un estado de espín determinado (“polarizados”). Al atravesar una capa ferromagnética libre, su par transmite la magnetización de esta capa y la reorienta. Esto reduce la cantidad de corriente necesaria para escribir información en una celda de memoria y el consumo de lectura y escritura es aproximadamente el mismo. La tecnología STT debería resolver los problemas que enfrentará la tecnología MRAM "clásica" a medida que aumente la densidad de las celdas de memoria y el correspondiente aumento de la corriente requerida para la escritura. Por tanto, la tecnología STT será relevante cuando se utilice un proceso tecnológico de 65 nm o menos. El lado negativo es que actualmente el STT requiere más corriente en el transistor de control para conmutar que la MRAM convencional, lo que significa que requiere transistor grande y la necesidad de mantener la coherencia rotacional. En general, a pesar de esto, STT requiere mucha menos corriente de escritura que la MRAM convencional o de conmutación.
Otras posibles formas de desarrollar la tecnología de memoria magnetorresistiva son la tecnología de conmutación térmica (TAS-Thermal Assisted Switching), en la que durante el proceso de escritura la unión del túnel magnético se calienta rápidamente (como PRAM) y permanece estable a una temperatura más baja el resto del tiempo. así como la tecnología de transporte vertical (VMRAM-transporte vertical MRAM), en la que la corriente que pasa a través de las columnas verticales cambia la orientación magnética, y dicha disposición geométrica de las celdas de memoria reduce el problema de la inversión aleatoria de la magnetización y, en consecuencia, puede aumentar la posible densidad celular.
Comparación con otros tipos de memoria
Densidad de colocación de elementos en un microcircuito.
El principal factor del que depende el coste de producción de los chips de memoria es la densidad de colocación de las celdas individuales en ellos. Cuanto menor sea el tamaño de una celda, más se podrán colocar en un chip y, en consecuencia, mayor será el número de chips que se podrán producir a la vez a partir de una sola oblea de silicio. Esto mejora el rendimiento de productos adecuados y reduce el coste de producción de chips.
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Solicitud
Se espera que la memoria MRAM se utilice en dispositivos como:
- Sistemas aeroespaciales y militares.
- Estaciones base celulares
- Dispositivos especiales para registro de datos (cajas negras)
Ver también
Notas
Etiqueta de extensión desconocida "referencias"
Campo de golf
- El nuevo chip reducirá la dependencia del suministro eléctrico / BBC Russian, julio de 2006
Para mejorar este artículo((#if:Template:Rq/topics/getcategory | Template:Rq/topics/getcategory )) es deseable:((#if:((#if: verificartraducir|
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Los ferroimanes nanogranulares se utilizan con éxito para escribir y leer grandes conjuntos compactos de información no sólo en discos magnéticos, sino también en la RAM de la computadora.
Celda elemental de la última memoria magnética.
La celda elemental de dicha memoria suele ser una estructura multicapa (figura 11.9), que combina un elemento de memoria ferromagnético y un sensor magnetorresistivo de túnel.
Arroz. 11.9.
El ferroimán de la capa de almacenamiento, aunque tiene una fuerza coercitiva suficiente para retener la información registrada durante mucho tiempo, aún puede ser remagnetizado mediante un fuerte campo magnético externo. En las publicaciones sobre la memoria magnetorresistiva, se la suele denominar capa ferromagnética “libre”. Y la capa magnéticamente dura actúa como un imán permanente, su fuerza coercitiva es mucho mayor y la dirección de magnetización permanece sin cambios incluso en campos fuertes. En consecuencia, se suele denominar capa ferromagnética "fija". El gráfico de la derecha muestra una dependencia típica de la resistencia eléctrica de dicha celda de la intensidad del campo magnético externo. Cuando la capa de almacenamiento está magnetizada en oposición a la capa ferromagnética fija, la resistencia eléctrica de la celda es alta. Cuando el campo magnético externo excede la fuerza coercitiva de la capa de almacenamiento, se remagnetiza, la resistencia eléctrica de la celda cae bruscamente y permanece igual incluso después de la desaparición del campo magnético externo. Esto permite comprobar en cualquier momento en qué estado ("0" o "1") se encuentra el elemento de almacenamiento de la celda.
La RAM construida a partir de dichas celdas se llama MRAM en fuentes en inglés ( memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva). En las publicaciones nacionales también se la suele denominar “memoria magnetorresistiva”, aunque esto no es del todo exacto. Después de todo, la información (dirección de la magnetización) se recuerda y almacena precisamente en la capa de almacenamiento ferromagnética, y no en el sensor magnetorresistivo. Por tanto, sería más exacto denominar a este tipo de memoria “memoria magnética de acceso aleatorio” (RAM). Pero ese nombre ya existía en la historia del desarrollo. tecnología informática: Entonces por mucho tiempo llamado RAM en anillos de ferrita en miniatura, que mencionamos en la conferencia anterior. Para no crear motivos de confusión, también llamaremos a este tipo de memoria. memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva o RAM magnetorresistiva(MROZU).
Organización matricial de MROZU
Células magnetorresistivas del tipo mostrado en la Fig. 11.9, en principio, puede ser muy pequeño (hasta 10 nm) y bastante denso. Sin embargo, debido a la necesidad de acceso aleatorio a cada uno de ellos al leer y escribir información, no es nada fácil garantizar la mayor densidad de empaquetado. Usualmente usado organización matricial
, cuando las celdas de memoria se colocan en las intersecciones de dos sistemas de electrodos de bus mutuamente perpendiculares (figura 11.10).
Uno de estos sistemas de bus está conectado a las salidas del decodificador de direcciones. Se trata de buses de direcciones, que a veces también se denominan “buses de selección de palabras” o “buses de palabras”. Cuando se suministra un código de dirección al decodificador RAM, el decodificador activa solo uno de estos buses, número de serie que corresponde a la dirección indicada. Las líneas de bits perpendiculares corresponden a los bits individuales de la palabra seleccionada que se leen o escriben. Por lo tanto, estos autobuses a veces también se denominan autobuses "bit".
Para el muestreo de matrices direccionables de celdas de memoria individuales, la orientación del eje de fácil magnetización de la capa de almacenamiento es importante. La orientación utilizada del eje de fácil magnetización en las celdas de memoria con respecto al sistema de bus se muestra en la Fig.
11.11. Este eje forma un ángulo con cada sistema de neumáticos.
Arroz. 11.11. Diagrama esquemático
La generación de señales de salida en modo lectura se muestra en la Fig.
11.12. La dirección binaria de bits de la palabra que debe leerse se suministra al decodificador Dsh. Según esta dirección, Dsh "selecciona" uno de los buses, por ejemplo, el bus de direcciones y le aplica un voltaje de lectura. La cantidad de corriente eléctrica que fluye por cada línea de bits depende de la información registrada en el bit correspondiente. Una corriente relativamente pequeña fluye a través de aquellas células de memoria cuya resistencia es alta, y una corriente relativamente grande fluye a través de aquellas cuya resistencia es baja.
Cada bus de bits está conectado a su propio circuito de amplificación y generación de una señal de lectura (UF1, UF2, UF3, ..., UFm), de cuyas salidas se lee en paralelo la palabra binaria de bits almacenada en la memoria. Arroz. 11.12. La información se registra por dígitos. El diagrama esquemático de la grabación se muestra en la Fig.
El proceso de grabación se ilustra en la Fig.
11.14. A la izquierda (Fig. 11.14.a) se muestra la matriz de memoria magnetorresistiva. Las flechas muestran las direcciones del flujo de corriente eléctrica a través del bit seleccionado y los buses de direcciones. Las líneas discontinuas representan convencionalmente las líneas del campo magnético de las corrientes correspondientes.
Arroz. 11.13.
) en la capa de memoria con direcciones opuestas de la corriente (vista superior). La dirección de magnetización de la capa magnéticamente dura (fija) de la celda está indicada por. En un caso, las corrientes eléctricas remagnetizan la capa de memoria en paralelo y en direcciones opuestas a las corrientes: antiparalelas. La magnitud de las corrientes de escritura debe elegirse de modo que el campo magnético creado por una sola de las corrientes sea insuficiente para remagnetizar las celdas adyacentes al bus correspondiente. Y sólo actuando juntas sobre una celda de memoria seleccionada, estas corrientes deberían crear un campo magnético total que supere la fuerza coercitiva y remagnetice la capa de memoria en la dirección deseada. Una característica importante del proceso de producción de eMRAM de Samsung es que el bloque de memoria se agrega al chip durante el ensamblaje, empaquetado y prueba. Esto significa que el bloque eMRAM se produce por separado utilizando solo tres fotomáscaras y se puede agregar al chip independientemente del proceso de fabricación utilizado y sin estar vinculado a transistores planos o FinFET. Sin ninguna conexión en absoluto solución básica
. Por lo tanto, la unidad Samsung eMRAM se puede adaptar a soluciones listas para usar que se lanzaron a la producción en masa durante mucho tiempo, modernizando significativamente los desarrollos actuales.
Se sabe que la memoria MRAM tiene una latencia más baja y una mejor velocidad de acceso que la memoria NAND. Al mismo tiempo, MRAM es una memoria no volátil, aunque en velocidad de acceso es algo inferior a DRAM y SRAM. Como memoria integrada en microcontroladores y SoC, la memoria MRAM mejorará la confiabilidad y estabilidad de los dispositivos electrónicos portátiles y de consumo comunes, los dispositivos electrónicos para cosas conectadas a Internet, así como las soluciones de circuitos industriales y automotrices.
Los socios no tienen la intención de permanecer indefinidamente en la tecnología de proceso de 28 nm y esperan transferir eventualmente la producción de bloques MRAM integrados a una tecnología de proceso con estándares de producción más bajos. Algunas palabras sobre la tecnología Avalanche. La empresa fue fundada en 2006 por Petro Estakhri. Petro Estakhri se convirtió en el fundador y director ejecutivo de Avalanche. Anteriormente, fundó y se desempeñó como director de tecnología de Lexar Media en 1996 hasta que Micron la adquirió en 2006. Antes de Lexar, Petro desarrolló controladores de memoria flash para Cirrus Logic. Puede esperar que UMC haya contratado al desarrollador adecuado.
El acceso de UMC a tecnologías de fabricación de MRAM con licencia es particularmente interesante por una razón importante. De manera similar, UMC obtuvo acceso a tecnologías para la producción de memoria DRAM integrada y memoria en general. En esta etapa jugó papel clave en transferir tecnologías de producción de DRAM a los chinos, algo en lo que Micron, por ejemplo, apuesta. Por lo tanto, de manera similar, la tecnología de producción MRAM también puede cambiar de manos. fabricantes chinos. Por cierto, además de la interesante tecnología para producir memoria en nanotubos de carbono, que la UMC puede adquirir junto con la planta de Fujitsu.
Algo nuevo: la memoria SOT-MRAM se puede producir a escala industrial
Como sabemos, GlobalFoundries está produciendo actualmente memoria no volátil STT-MRAM (par de transferencia de giro MRAM) en el marco de un proyecto de Everspin Technologies. La densidad de los chips STT-MRAM de 40 nm es de sólo 256 Mbit (32 MB), lo que se compensa con una alta velocidad de funcionamiento y una mayor resistencia a la destrucción durante las operaciones de borrado que en el caso de los chips STT-MRAM de 40 nm. memoria NAND. Estos alta calidad Las STT-MRAM permiten la aplicación de memoria magnetorresistiva con registro de datos mediante par de transferencia de espín a un lugar del procesador. Como mínimo, estamos hablando de reemplazar las matrices SRAM por matrices STT-MRAM como memoria caché de tercer nivel (L3). ¿Qué pasa con la caché L1 y L2?
Según los especialistas del centro de investigación belga Imec, la memoria STT-MRAM no es muy adecuada para utilizar memoria MRAM magnetorresistiva como caché no volátil de primer y segundo nivel. Esta función la reivindica una versión más avanzada de la memoria magnetorresistiva, a saber, SOT-MRAM (Spin-orbit torque MRAM). La escritura en una celda SOT-MRAM también ocurre con una corriente polarizada por espín, pero solo en forma de transferencia de torque, utilizando el momento orbital de espín de los electrones.
La diferencia fundamental radica en el esquema de control de la unión del túnel dentro de la celda de memoria y en el método de grabación. Por lo tanto, una celda STT-MRAM es un sándwich de dos estructuras de película delgada (separadas por un dieléctrico), una de las cuales tiene una magnetización permanente y la segunda es "libre", dependiendo de la polarización de la corriente aplicada. La escritura y lectura de datos de dicha celda se produce de la misma manera cuando las corrientes pasan perpendicularmente a través de la unión del túnel. Por tanto, el desgaste de las células se produce tanto durante la escritura como durante la lectura, aunque durante la lectura las corrientes son significativamente menores que durante la escritura.
Una celda SOT-MRAM de unión de túnel, que también contiene una capa libre y una capa permanentemente magnetizada, está escrita por una corriente que fluye a lo largo de la unión de túnel en lugar de a través de todas las capas. Imec afirma que cambiar la “geometría” del suministro de corriente aumenta significativamente tanto la resistencia al desgaste de la celda como la velocidad de cambio de capa. Al comparar el funcionamiento de las celdas STT-MRAM y SOT-MRAM producidas en la misma oblea de 300 mm, para SOT-MRAM la resistencia al desgaste superó los 5,10 10 y la velocidad de conmutación de las celdas (escritura) disminuyó de 5 ns a 210 ps (picosegundos). ). El consumo se situó en un nivel bajo de 300 pJ (picojulios).
El encanto especial de toda esta historia es que Imec demostró la capacidad de producir memoria SOT-MRAM en equipos estándar sobre sustratos de silicio de 300 mm. Es decir, a nivel práctico han demostrado la posibilidad de lanzar la producción en masa de memorias SOT-MRAM.
GlobalFoundries ofrece controladores de referencia de 22 nm con eMRAM
Una asociación a largo plazo entre GlobalFoundries y el desarrollador de memorias magnetorresistivas eMRAM y MRAM, Everspin Technologies, ya ha producido chips de memoria no volátiles de 40 nm del tipo ST MRAM (Spin-Torque MRAM). Las líneas de GlobalFoundries producen chips ST MRAM de 256 Mbit y 40 nm y chips experimentales de 1 Gbit y 28 nm. La memoria Everspin se produce utilizando obleas de silicio monolíticas convencionales.
En la siguiente etapa, GlobalFoundries dominará la producción de ST MRAM utilizando obleas FD-SOI (silicio completamente empobrecido sobre aislante) con estándares de 22 nm (nombre en clave de la tecnología de proceso 22FDX). Este año, el proceso técnico 22FDX se introducirá en la producción en masa en las fábricas de la empresa en Dresde y el próximo año en las nuevas instalaciones de producción de GlobalFoundries en China.
GlobalFoundries planea ofrecer eMRAM integrada en combinación con microcontroladores de referencia a sus clientes hacia finales de 2018. eVaderis es responsable del desarrollo de los controladores y GlobalFoundries ofrecerá la tecnología de proceso 22FDX y la tecnología para integrar matrices eMRAM en el controlador. Como opción, los clientes podrán solicitar la integración de bloques NAND flash y SRAM en la MCU eVaderis.
El proceso tecnológico 22FDX le permitirá crear soluciones económicas en términos de consumo y superficie. La plataforma en forma de eMRAM con eVaderis MCU se distribuirá en forma de bloques IP para la autoproducción y la integración en las soluciones de los clientes de GlobalFoundries. Estos podrían incluir controladores para objetos conectados a Internet, incluidos los que funcionan con baterías, controladores para electrónica industrial y de consumo, y controladores para automóviles.
Samsung es el primero en lanzar eMRAM de 28 nm en sustratos FD-SOI
En todos los años anteriores, los principales pasos en el desarrollo de la producción de semiconductores siguieron siendo el cambio en la escala de los estándares tecnológicos. Hoy en día, cuando se vuelve extremadamente difícil reducir el tamaño de un elemento en un chip, las soluciones alternativas están ganando popularidad, en particular, la transición a obleas semiconductoras con una capa aislante de silicio completamente empobrecido, o FD-SOI. STMicroelectronics ya está utilizando activamente obleas FD-SOI en producción, y GlobalFoundries y Samsung se están preparando para utilizarlas.
La semana pasada conocimos los planes de GlobalFoundries, que comenzará la producción de riesgo con la tecnología de proceso 22FDX (22 nm) a finales de 2018. Samsung, como se supo a partir de una reciente declaración oficial del fabricante, pronto planea comenzar la producción en masa de soluciones utilizando la tecnología de proceso patentada 28FDS (28 nm). Tenga en cuenta que los procesos técnicos de GlobalFoundries y Samsung son diferentes, aunque en el caso del procesamiento de silicio monolítico, GlobalFoundries obtuvo la licencia de los procesos técnicos FinFET de 28 nm y 14 nm de Samsung. GlobalFoundries obtuvo la licencia de la tecnología de proceso 22FDX de STMicroelectronics.
Volviendo al anuncio de Samsung, observamos que el fabricante anunció la creación del primer proyecto digital de la industria de memoria eMRAM incorporada en relación con la tecnología de proceso 28FDS. Por lo tanto, se puede esperar el lanzamiento de un prototipo de bloque eMRAM con estándares de 28 nm en obleas FD-SOI a finales de la primavera o principios del verano del próximo año. La producción en masa de soluciones aparentemente comenzará a finales de 2018, cuando GlobalFoundries verá la primera soluciones experimentadas, producido con el proceso técnico 22FDX.
El principio de almacenar información en una celda de memoria MRAM.
GlobalFoundries, utilizando la tecnología de proceso 22FDX, también producirá soluciones con memoria eMRAM incorporada. La memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva (MRAM) funciona a velocidades cercanas a las de la RAM convencional. La gran área de una celda de memoria magnetorresistiva no permite la producción de chips MRAM de gran capacidad, lo que dificulta su aparición masiva en sistemas informáticos. El inicio de la producción de cristales MRAM de 28 y 22 nm promete la aparición de chips con una capacidad de 1 Gbit y superior. Esto ya es suficiente para que los mismos SSD reciban un búfer de memoria normal y no volátil en lugar de la memoria DDR habitual. Tanto GlobalFoundries como Samsung están haciendo todo lo posible para que esto sea una realidad después de 2018.
GlobalFoundries se prepara para lanzar controladores de 22 nm con memoria eMRAM
Hoy en día, GlobalFoundries ha logrado el mayor progreso en el dominio de la producción de un nuevo tipo de memoria no volátil como MRAM (memoria magnetorresistiva). GlobalFoundries celebró un acuerdo para introducir en producción ST MRAM (Spin-Torque MRAM), que fue desarrollado por Everspin Technologies. Se trata de una memoria que escribe datos en una celda mediante transferencia de espín electrónico basada en el efecto túnel. Esta memoria es mucho más eficiente energéticamente que la memoria flash NAND y es mucho más rápida y confiable. El principal problema de la MRAM es su celda relativamente grande y su baja densidad de grabación. GlobalFoundries está resolviendo gradualmente este problema.
En agosto, en el evento Flash Summit 2017, GlobalFoundries y Everspin mostraron la memoria MRAM más avanzada y densa de la industria: chips de 1 Gbit y 28 nm producidos en masa y en preproducción. Toda esta memoria es producida por GlobalFoundries. Pero el servicio principal fue la capacidad de producir controladores y SoC con una matriz de memoria MRAM incorporada en las instalaciones de GlobalFoundries. Estas soluciones se distinguen por una memoria integrada rápida y fiable, en la que la ejecución del código es casi tan rápida como en la RAM. GlobalFoundries ahora ofrece herramientas de diseño para controladores de 22 nm con memoria MRAM integrada en obleas FD-SOI (capa de silicio sobre aislante de agotamiento total).
Los primeros borradores de soluciones para la tecnología de proceso 22FDX con memoria MRAM integrada se ensamblarán para la producción piloto en el primer trimestre de 2018. La producción de riesgos para estos proyectos se realizará a finales de 2018. GlobalFoundries espera que el proceso 22FDX sea utilizado por diseñadores de controladores de consumo, industriales y automotrices y soluciones de IoT alimentadas por baterías. La tecnología 22FDX promete un consumo de chips bastante económico y una alta fiabilidad en el almacenamiento de datos. Por ejemplo, las células MRAM de la tecnología de proceso 22FDX pueden almacenar datos sin pérdida durante 10 años a una temperatura de 125 grados Celsius. Los experimentos también confirman que durante el proceso de resoldadura de la memoria con calentamiento de hasta 260 grados, las células MRAM no pierden información. Características similares Hay demanda para la electrónica de a bordo y se garantiza que encontrarán aplicación en la práctica.
TSMC producirá microchips de memoria eMRAM y eRRAM
Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), según fuentes de la red, tiene la intención de organizar la producción de chips de memoria de nueva generación.
Hablamos de productos MRAM y RRAM para dispositivos integrados. Recuerde que MRAM es una memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva: información en en este caso almacenados utilizando momentos magnéticos en lugar de cargas eléctricas. En cuanto a RRAM, es una memoria de acceso aleatorio resistiva, cuyo principio es cambiar la resistencia de la celda de memoria bajo la influencia del voltaje aplicado. Es importante señalar que ambos tipos de memoria no son volátiles, es decir, pueden almacenar información grabada en ausencia de alimentación externa.
Así, se informa que TSMC planea organizar la producción de riesgo de eMRAM (Embedded MRAM) en 2018 y eRRAM en 2019. Está previsto utilizar tecnología de 22 nanómetros.
Se espera que los productos eMRAM y eRRAM lanzados en las líneas TSMC se utilicen en sistemas para automóviles inteligentes, dispositivos de Internet de las cosas y todo tipo de aparatos moviles etc.
También observamos que el próximo año TSMC planea comenzar la producción en masa de productos utilizando tecnología avanzada de 7 nanómetros. Esta técnica se utilizará para fabricar microchips para dispositivos móviles, sistemas informáticos de alto rendimiento y tecnología automotriz.
SK Hynix y Toshiba crean un módulo de memoria STT-MRAM de 4 Gbit
SK Hynix y Toshiba informaron sobre nuevos avances en el desarrollo de memorias magnetorresistivas (MRAM).
La información en MRAM se almacena mediante momentos magnéticos en lugar de cargas eléctricas. Los elementos magnéticos están formados por dos capas ferromagnéticas separadas por una fina capa dieléctrica. Una de las capas es un imán permanente magnetizado en una dirección determinada y la magnetización de la otra capa cambia bajo la influencia de un campo externo.
SK Hynix y Toshiba utilizan la tecnología STT-MRAM: memoria de acceso aleatorio magnética de par de transferencia de giro. Utiliza "transferencia de giro" para reescribir celdas de memoria. este efecto le permite reducir la cantidad de corriente requerida para escribir información en la celda.
El módulo de memoria STT-MRAM, creado por especialistas de SK Hynix y Toshiba, tiene una capacidad de 4 Gbit. Consta de ocho bloques con una capacidad de 512 Mbit cada uno. El producto no es volátil, tiene un tiempo de acceso corto y altas tasas de transferencia de datos.
La decisión de la compañía se discutirá con más detalle en el evento ISSCC 2017, que se llevará a cabo en febrero. SK Hynix y Toshiba esperan llevar el desarrollo al mercado comercial dentro de dos o tres años.
El lanzamiento de la memoria MRAM de 256 Mbit aumentará la confiabilidad de los SSD
Punto débil conduce memoria de estado sólido o SSD, queda un búfer de caché de la memoria DRAM. EN momento presente Los chips de memoria DDR3 se utilizan ampliamente como memoria intermedia. Durante mucho tiempo se ha planeado que uno de los tipos nuevos y prometedores de memoria no volátil se utilizará como búfer SSD no volátil: MRAM, RRAM, PCM o algo más (¿3D XPoint?). De hecho, las unidades o subsistemas individuales para almacenar datos en caché en sistemas de almacenamiento en rack ya utilizan memoria MRAM magnetorresistiva e incluso memoria basada en el efecto de un estado de fase variable de la materia (PCM). El uso generalizado de la memoria MRAM y PCM está limitado por la pequeña capacidad de este tipo de chips de memoria. Sin embargo, en el futuro todo promete cambiar. Y este futuro puede estar más cerca de lo esperado.
En una entrevista con EE Times director ejecutivo Everspin Technologies anunció que a finales de año se lanzará la producción de chips MRAM de 1 Gbit del tipo ST-MRAM. Una variación de esta memoria MRAM, ST-MRAM, se basa en el efecto de grabación celular mediante la transferencia de información en túnel mediante el giro magnético de los electrones. Actualmente, Everspin ha comenzado la producción en masa de memoria ST-MRAM con una capacidad de 256 Mbit (32 MB). La compañía confía en que tal capacidad permitirá que la memoria ST-MRAM forme parte de un SSD y se convierta en un reemplazo "indestructible" del búfer RAM, porque los datos en ST-MRAM no se pierden cuando se apaga la alimentación. Para lograrlo, la empresa produce chips ST-MRAM con interfaces DDR3 y DDR4.
Everspin ST-MRAM se utilizó anteriormente en sistemas de almacenamiento en caché de datos de Dell en servidores PowerEdge y en sistemas de almacenamiento PowerVault (DAS) y EqualLogic (SAN). LSI utilizó ST-MRAM no volátil en unidades RAID para mantener el historial de transacciones, y la empresa japonesa Melco ( marca Buffalo) incluso lanzó ciertos modelos de SSD con un búfer de chips ST-MRAM. Con el lanzamiento de memoria ST-MRAM de mayor capacidad, esta práctica promete generalizarse, lo que aumentará la confiabilidad del trabajo con SSD.
El Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) y Crocus NanoElectronics (KNE) anunciaron el inicio de un programa de investigación conjunto para desarrollar y probar tecnología para la producción de memoria magnetorresistiva STT-MRAM.
La memoria MRAM almacena información mediante momentos magnéticos. La tecnología STT-MRAM (memoria magnética de acceso aleatorio con par de transferencia por giro), a su vez, utiliza "transferencia por giro" para reescribir las celdas de memoria. El uso de este efecto en la memoria magnetorresistiva tradicional permite reducir la cantidad de corriente necesaria para escribir información en una celda, así como utilizar un proceso tecnológico con estándares de 90 a 22 nanómetros o menos.
Se informa que MIPT y KNE dirigirán sus esfuerzos al desarrollo de nuevos materiales, al diseño de microchips, así como al desarrollo de métodos para su control y modelado. Está previsto organizar la producción de memoria STT-MRAM en las instalaciones de KNE: la plataforma tecnológica de esta empresa permite producir productos basados en estructuras de túnel magnético con un estándar topológico de hasta 90/65 nanómetros en obleas de diámetro de 300 milímetros.
« Las instalaciones de fabricación de nuestra empresa son ideales para crear productos integrados o discretos basados en STT-MRAM. Esperamos que esta tecnología pronto tenga gran mercado- esto se verá facilitado por la superioridad de STT-MRAM en indicadores tales como el número de ciclos de reescritura, la velocidad y el consumo de energía", informó la KNE.
Agreguemos que actualmente todos los mayores fabricantes de RAM dinámica DRAM tienen sus propios programas STT-MRAM: esta tecnología considerado un candidato principal para reemplazar la DRAM en un futuro próximo.
