MRAM接班主流存儲器指日可待

　　隨著更多業(yè)者進(jìn)入MRAM市場，STT執(zhí)行長Barry Hoberman在日前受訪時談到了MRAM帶來的商機(jī)及其可能取代現(xiàn)有主流存儲器技術(shù)的未來前景。

　　或許有人會把2016年形容為磁阻式隨機(jī)存取存儲器(MRAM)市場的引爆點(diǎn)。而在那之前，Everspin Technologies是唯一一家出貨商用MRAM產(chǎn)品的公司。不過，就像Spin Transfer Technologies(STT)執(zhí)行長Barry Hoberman一如既往地表達(dá)肯定之意：Everspin的成就有助于其他的MRAM業(yè)者鋪路。

　　STT的公司歷史最早可追溯到2001年——一項(xiàng)最初由美國紐約大學(xué)(New York University)教授Andrew Kent主導(dǎo)的研究中所開發(fā)的技術(shù)。到了2007年，總部位于波士頓的多元控股公司Allied Minds正式成立了STT并開始營運(yùn)。2016年9月，這家開發(fā)出正交自旋轉(zhuǎn)移MRAM技術(shù)(OST-MRAM)的美國業(yè)者宣布，在其加州費(fèi)利蒙(Fremont)公司總部的自家研發(fā)晶圓廠，成功制作出小至20nm的垂直MRAM磁穿隧接面(pMTJ)，預(yù)計(jì)在2018年讓產(chǎn)品正式上市。

　　從那時起，STT已經(jīng)為北美和亞洲的客戶提供其OST-MRAM樣片了，這可說是一個重要的里程碑，因?yàn)樗菐追N新興存儲器中被視為可能取代動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)與NAND快閃存儲器(flash)的下一代候選技術(shù)之一;特別是隨著業(yè)界持續(xù)邁向更先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)，DRAM與NAND flash正面對微縮帶來的挑戰(zhàn)。STT是少數(shù)幾家開發(fā)MRAM的公司之一，因此，如今開始出樣晶片可說是驗(yàn)證MRAM整體性能以及STT技術(shù)的重要時機(jī)。

　　《EE Times》有幸與STT執(zhí)行長Barry Hoberman談到了該公司近來的快速成長，以及隨著更多業(yè)者進(jìn)入MRAM市場帶來的商機(jī)，包括MRAM可能接班主流存儲器技術(shù)的未來前景。

　　目前客戶對于你們提供的樣片反應(yīng)如何?

　　我們已經(jīng)出樣新晶片給廣泛的客戶了，他們都是足以評價這種存儲器類型的大型現(xiàn)有業(yè)者，具有高度的可信度。我們在這次產(chǎn)品出樣周期的目標(biāo)是產(chǎn)生完整的存儲器，能夠滿足穩(wěn)健可靠的評測。我們很高興能有機(jī)會流通這些樣片，讓客戶在測試后都回來找我們，告訴我們說這款產(chǎn)品的功能齊全，符合所有提供的規(guī)格，而且找不到任何錯誤。這為我們在推進(jìn)下一次與客戶接觸的機(jī)會開啟了大門，客戶現(xiàn)在都確實(shí)地認(rèn)識了我們是一家擁有第三代pMTJ基礎(chǔ)技術(shù)的公司，也肯定我們制作可用存儲器的專業(yè)技術(shù)。

　　開發(fā)商用MRAM的挑戰(zhàn)與其他新興存儲器有何不同?

　　了解MTJ技術(shù)的真正重要之處在于他們已經(jīng)用于硬碟的讀取頭超過10年以上了，具有經(jīng)驗(yàn)證的生產(chǎn)和可靠性等功能。每年約有30~40億顆硬碟讀取頭中都包含了MTJ元件。

　　而與MRAM有關(guān)的問題在于了解如何將MTJ整合于CMOS制程、如何使MTJ的性能特征相容于存儲器，以及如何擴(kuò)展MTJ的制造產(chǎn)能，達(dá)到每個存儲器晶片中約10億的數(shù)量級，而不只是每個硬碟讀取頭中使用1個MTJ元件;這些是目前最主要的三項(xiàng)挑戰(zhàn)。這和相變存儲器、電阻式RAM和納米線等其他新式存儲器技術(shù)有很大的不同——畢竟，這些新式存儲器技術(shù)的物理特性是全新的，尚未經(jīng)任何一種制造技術(shù)驗(yàn)證，也沒有現(xiàn)行的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可支持。

　　您將Everspin等競爭對手稱為追蹤MRAM的先驅(qū)。那么，當(dāng)您推動自家技術(shù)進(jìn)展時，如何看待競爭對手的成就?

　　這是對于整個生態(tài)系統(tǒng)所建立的一種信心，包括對于投資人、客戶，以及設(shè)備供應(yīng)商等。

　　您認(rèn)為MRAM存在哪些機(jī)會?

　　我們知道目前有四家代工廠都在其開發(fā)藍(lán)圖中規(guī)劃了第三代基于pMJT的MRAM技術(shù)，并預(yù)計(jì)在2018年的下半年進(jìn)入量產(chǎn)，，并在那之后相應(yīng)地加快速度。MRAM目前處于鎖定三大技術(shù)的早期階段：其一是作為非揮發(fā)性存儲器(NVM)領(lǐng)域的替代方案，特別是嵌入式NOR flash。此外，它還可以作為傳統(tǒng)CMOS高速嵌入式靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)的替代技術(shù)。我認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)更適于在此領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)差異化。第三是作為DRAM的替代技術(shù)。目前DRAM市場成長開始趨緩，未來可能會由特別有利于儲存應(yīng)用的持久特性主導(dǎo)市場成長。

　　至今許多采用MRAM的場合都離不開儲存應(yīng)用。是否還有其他細(xì)分市場存在新應(yīng)用的例子?

　　在手機(jī)中有幾個地方需要超過200Mb的靜態(tài)存儲器，而當(dāng)你嘗試使用SRAM時，就會發(fā)現(xiàn)那真的是在燒錢。降低靜態(tài)存儲器的成本看來勢在必行，再者，因?yàn)樗迷谛袆友b置中，所以對于功耗也十分敏感。40nm以下的傳統(tǒng)解決方案由于漏電流之故而經(jīng)常耗用較大電源。如今，以MRAM取代SRAM幾乎可完全排除漏電流的問題。

　　此外，為使用中的資料提供保護(hù)方面也是一大挑戰(zhàn)。許多應(yīng)用都需要高頻寬，高速資料經(jīng)由系統(tǒng)傳送的同時，也進(jìn)入其永久儲存的位置。在資料順利傳送到安全可靠的最終存放位置以前，如果發(fā)生了危及資料的故障情況會很麻煩，這正是MRAM得以發(fā)揮作用之處。

　　如何更普遍地使用快閃存儲器，從而為MRAM創(chuàng)造機(jī)會?

　　我們可以在固態(tài)硬碟(SSD)中將儲存區(qū)劃分為大小不同的儲存容量。較大的儲存容量具有flash的時間特性，亦即所謂的微秒級NVM;較小的儲存容量則采用高速、持久型的存儲器技術(shù)，也就是納米級NVM。當(dāng)你將這兩種技術(shù)混合于同一系統(tǒng)時，必須考慮成本而適度地進(jìn)分劃分，以便能在每秒輸出入次數(shù)(IOPS)方面取得更高的性能提升，甚至較傳統(tǒng)基于flash的SSD更高一個數(shù)量級。

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正著手打造利用現(xiàn)有存儲器技術(shù)的各種新方法，以解決諸如功耗等問題，同時要求相對較低的密度。MRAM如何在此發(fā)揮作用?

　　如果你直接比較一下其他著眼于物聯(lián)網(wǎng)的替代方案，例如相變存儲器和電阻式RAM，以及快閃存儲器，這些技術(shù)根本沒有足夠的耐久性可用于執(zhí)行像記錄資料等任務(wù)，特別是有些資料記錄功能采用了較小型的電池。

　　除了代工廠的承諾之外，您如何看未來12~18個月的MRAM發(fā)展前景?

　　讓這項(xiàng)技術(shù)投入生產(chǎn)產(chǎn)線的第一家主要代工廠，以及真正的開始出貨，即將在業(yè)界刮起一陣旋風(fēng)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)真的必須牢牢記住，過去四十多年來的技術(shù)主力一直是SRAM、DRAM和flash及其先驅(qū)技術(shù)。而這將是首次大量生產(chǎn)的重要大事。目前已經(jīng)有了一些利基技術(shù)，如鐵電隨機(jī)存取存儲器(FRAM)與電子抹除式可復(fù)寫唯讀存儲器(EEPROM)，但也都因其利基特性而受限。

　　然而，當(dāng)你導(dǎo)入了MRAM，其特點(diǎn)就在于它是在這40到50年間真正進(jìn)入存儲器架構(gòu)的第一件大事。僅就這一點(diǎn)來看它就具有相當(dāng)巨大的發(fā)展?jié)摿α恕?/p>