在第64屆國際電子器件會(huì)議( IEDM )上，全球兩大半導(dǎo)體龍頭英特爾及三星展示嵌入式MRAM在邏輯芯片制造工藝中的新技術(shù)。
MRAM (Magnetic Random Access Memory，磁阻式隨機(jī)存取記憶體)，是一種非易失性記憶體技術(shù)，從1990 年代開始發(fā)展。此技術(shù)速度接近靜態(tài)隨機(jī)記憶體的高速讀取寫入能力，具有快閃記憶體的非揮發(fā)性，容量密度及使用壽命不輸DRAM，但平均能耗遠(yuǎn)低于DRAM，而且基本上可以無限次地重復(fù)寫入。
英特爾曾表示其嵌入式MRAM 技術(shù)可在200 攝氏度下實(shí)現(xiàn)長達(dá)10 年的記憶期，并可在超過106 個(gè)開關(guān)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)持久性。并且英特爾在其22 FFL 工藝中，描述STT-MRAM (基于MRAM 的自旋轉(zhuǎn)移力矩) 非易失性記憶體的關(guān)鍵特性。英特爾稱之其為「首款基于FinFET 的MRAM 技術(shù)」。
這項(xiàng)技術(shù)可相當(dāng)于「生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒」的階段，英特爾并沒有向任何代工客戶透露該流程資訊，但從多個(gè)訊息源來看，目前正在出貨的商品中已經(jīng)采用這項(xiàng)技術(shù)。
至于三星也稱其8Mb MRAM的續(xù)航能力為106次，記憶期為10年。而三星技術(shù)最初將用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。三星研發(fā)中心首席工程師Yoon Jong Song表示，在將其用于汽車和工業(yè)應(yīng)用之前，可靠性必須提高。三星已成功將技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工廠，并將在不久的將來商用化。
三星并在28nm FDSOI 平臺(tái)上宣稱，在可擴(kuò)展性、形狀依賴性、磁性可擴(kuò)展性等方面來衡量，STT-MRAM 目前被認(rèn)為是最好的MRAM 技術(shù)。
什么是MRAM
根據(jù)EETIME的報(bào)道，MRAM技術(shù)自1990年代起開始發(fā)展，但尚未取得廣泛的商業(yè)成功。三星研發(fā)中心首席工程師Yoon Jong Song說：「我認(rèn)為現(xiàn)在是展示MRAM可制造和商業(yè)化成果的時(shí)候了！」Song同時(shí)也是該公司在IEDM發(fā)表論文的主要作者
隨著業(yè)界持續(xù)邁向更小技術(shù)節(jié)點(diǎn)，DRAM和NAND快閃記憶體(flash)正面對(duì)著嚴(yán)苛的微縮挑戰(zhàn)，MRAM因而被視為有望取代這些記憶體芯片的備選獨(dú)立式元件。此外，這種非揮發(fā)性記憶體由于具備快速讀/寫時(shí)間、高耐受度以及強(qiáng)勁的保留能力，也被視為極具吸引力的嵌入式技，適用于取代Flash和嵌入式SRAM。嵌入式MRAM被視為特別適用于像物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置之類的應(yīng)用。
主要在于它具有快速讀取寫入時(shí)間，高耐用性和優(yōu)秀的保留性。嵌入式MRAM 被認(rèn)為特別適用于例如物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 設(shè)備之類的應(yīng)用，也趕搭上5G 世代的列車。
隨著制造成本下降以及其他記憶體技術(shù)面臨可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)，嵌入式MRAM 正獲得更多消費(fèi)性產(chǎn)品的關(guān)注。重要的是，隨著新工藝技術(shù)的發(fā)展，SRAM 單元的尺寸不會(huì)隨著剩余的工藝而縮小，從這點(diǎn)來看，MRAM 變得越來越有吸引力。
自去年以來，格芯科技(Globalfoundries)一直在供應(yīng)采用其22FDX 22-nm FD-SOI制程的嵌入式MRAM。但Objective Analysis首席分析師Jim Handy表示，他并未注意到有任何采用Globalfoundries嵌入式MRAM技術(shù)的任何商業(yè)化產(chǎn)品推出。
他說：「沒有人采用的原因在于他們還必須為其添加新材料。」
但隨著制造成本降低以及其他記憶體技術(shù)面對(duì)微縮挑戰(zhàn)，嵌入式MRAM越來越受青睞。Handy說：「重要的是，隨著新的制程技術(shù)進(jìn)展，SRAM記憶體單元的尺寸并不會(huì)隨著其后的先進(jìn)制程而縮小，因此，MRAM將會(huì)變得越來越有吸引力。」
聯(lián)電也對(duì)MRAM虎視眈眈
晶圓代工二哥聯(lián)電(2303)與下一代ST-MRAM(自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻RAM)大廠美商Avalanche共同宣布，兩家公司成為合作伙伴，共同開發(fā)和生產(chǎn)取代嵌入式記憶體的磁阻式隨機(jī)存取記憶體(MRAM)。同時(shí)聯(lián)電也將透過Avalanche的授權(quán)提供技術(shù)給其他公司。聯(lián)電根據(jù)此合作協(xié)議，于28納米CMOS制程上提供嵌入式非揮發(fā)性MRAM區(qū)塊供客戶將低延遲、超高效能及低功率的嵌入式MRAM記憶體模組整合至應(yīng)用產(chǎn)品，并鎖定在物聯(lián)網(wǎng)、穿戴裝置、消費(fèi)型產(chǎn)品，以及工業(yè)、車用電子市場的微控制器(MCU)和系統(tǒng)單芯片(SoC)上。
而聯(lián)電也提到，兩家公司也正考慮將合作范疇擴(kuò)展至28納米以下的制程技術(shù)，利用Avalanche在CMOS技術(shù)的相容及可擴(kuò)充特性，運(yùn)用到各個(gè)先進(jìn)制程。使這些統(tǒng)一記憶體(非揮發(fā)性及靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體SRAM)能順利地移轉(zhuǎn)調(diào)配到下一世代的高整合性的微控制器(MCU)和系統(tǒng)單芯片(SoC)上。如此一來，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者就可以在同樣的架構(gòu)及連帶的軟體系統(tǒng)上直接修改而不需重新設(shè)計(jì)。
Avalanche的執(zhí)行長及共同創(chuàng)辦人Petro Estakhri表示：「我們非常高興團(tuán)隊(duì)里有像聯(lián)華電子這樣的世界級(jí)半導(dǎo)體晶圓專工的領(lǐng)導(dǎo)者。」聯(lián)電先進(jìn)技術(shù)處洪圭鈞副總也表示：「隨著嵌入式非揮發(fā)性記憶體NVM解決方案在目前的芯片設(shè)計(jì)界日趨普及，晶圓代工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)為高成長的行業(yè)，如：新興消費(fèi)和車用電子應(yīng)用的客戶，建立了強(qiáng)大且堅(jiān)實(shí)的嵌入式非揮發(fā)性記憶體解決方案組合。聯(lián)電很高興和Avalanche合作開發(fā)28納米MRAM，更期待能將此合作進(jìn)程推升至聯(lián)電客戶的量產(chǎn)階段。」