導(dǎo)讀
近日，日本東北大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出存儲(chǔ)密度達(dá)128Mb的自旋轉(zhuǎn)移矩-磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（STT-MRAM），寫入速度達(dá)14納秒，可作為物聯(lián)網(wǎng)和人工智能中用到的緩存使用。它是目前世界上存儲(chǔ)密度超過100Mb的嵌入式存儲(chǔ)器中寫入速度最快的。
背景
人類正處于一個(gè)“信息大爆炸”的時(shí)代。我們平時(shí)使用的計(jì)算機(jī)與電子產(chǎn)品都需要處理大量的信息，那么這些信息（程序與數(shù)據(jù)）會(huì)放在哪里呢？
答案是：存儲(chǔ)器（Memory）。存儲(chǔ)器是每一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)方案與移動(dòng)設(shè)備都在使用的關(guān)鍵部件之一。
（圖片來源：IBM研究院）
目前，主流的存儲(chǔ)器以隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）與閃存（Flash）為代表。RAM 的讀寫速度快，但無法長時(shí)間儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，斷電時(shí)將丟失其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，具有“易失性”；Flash 能保存數(shù)據(jù)，在斷電條件下也能長久保持?jǐn)?shù)據(jù)，具有“非易失性”，但讀寫速度卻不佳。
近些年，新興的移動(dòng)計(jì)算、云計(jì)算、大型數(shù)據(jù)中心等，對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)都提出了越來越高的要求，例如容量高、速度快、功耗低。
因此，科學(xué)家們希望將 RAM 的速度與 Flash 的非易失性結(jié)合起來，探索研發(fā)新一代存儲(chǔ)器，例如磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)、阻變式隨機(jī)存器(RRAM)。
作為 MRAM 的二代產(chǎn)品，自旋轉(zhuǎn)移矩-磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（STT-MRAM）近來備受關(guān)注。
什么是 STT-MRAM？
在 STT-MRAM 中，電子的自旋會(huì)通過自旋極化電流快速翻轉(zhuǎn)。這種效應(yīng)是在“磁隧道結(jié)(MTJ)”或者“自旋閥”中實(shí)現(xiàn)的，STT-MRAM 采用 STT 隧道結(jié)（STT-MTJ）。電流流過磁性層時(shí)將被極化，形成自旋極化電流。自旋電子將自旋動(dòng)量傳遞給自由層的磁矩，使自旋磁性層的磁矩獲得自旋動(dòng)量后改變方向，這個(gè)過程稱為自旋傳輸矩。因此，STT-MRAM 是通過自旋電流實(shí)現(xiàn)信息寫入的。
（圖片來源：參考資料【2】）
STT-MRAM 中的數(shù)據(jù)以磁狀態(tài)存儲(chǔ)，具有天然的抗輻照、高可靠性以及幾乎無限的讀寫次數(shù)。與 DRAM 不同，STT-MRAM 不需要功率刷新，而且讀出過程也不會(huì)破壞所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，從而在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)了低功耗與低延遲。與現(xiàn)有的 NAND Flash 相比，寫入速度快上10萬倍，而讀取速度則快上接近10倍。而且，STT-MRAM 運(yùn)行時(shí)只需少量電力，不使用時(shí)完全不需要電力。
作為下一代存儲(chǔ)技術(shù)，STT-MRAM 芯片的尺寸顯著縮小，讀寫速度卻大大提升。因此，它特別適合用于移動(dòng)設(shè)備中的嵌入式存儲(chǔ)器。特別是，如今物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，STT-MRAM 有望發(fā)揮更大的作用。
目前，GlobalFoundries、三星(Samsung)、臺(tái)積電(TSMC)、聯(lián)電(UMC)等大型半導(dǎo)體制造工廠都在積極推動(dòng) STT-MRAM 走向批量生產(chǎn)。
創(chuàng)新
近日，日本東北大學(xué)教授 Tetsuo Endoh 領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出存儲(chǔ)密度達(dá)128Mb的 STT-MRAM，寫入速度達(dá)14納秒，可作為嵌入式存儲(chǔ)器使用，例如物聯(lián)網(wǎng)和人工智能中所用的緩存。它是目前世界上存儲(chǔ)密度高于100Mb的嵌入式存儲(chǔ)器中寫入速度最快的，并且將為大容量 STT-MRAM 的量產(chǎn)鋪平道路。
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