MRAM接班主流存儲器指日可待

　　隨著(zhù)更多業(yè)者進(jìn)入MRAM市場(chǎng)，STT執行長(cháng)Barry Hoberman在日前受訪(fǎng)時(shí)談到了MRAM帶來(lái)的商機及其可能取代現有主流存儲器技術(shù)的未來(lái)前景。

　　或許有人會(huì )把2016年形容為磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)市場(chǎng)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(guò)，就像Spin Transfer Technologies(STT)執行長(cháng)Barry Hoberman一如既往地表達肯定之意：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——一項最初由美國紐約大學(xué)(New York University)教授A(yíng)ndrew Kent主導的研究中所開(kāi)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(kāi)始營(yíng)運。2016年9月，這家開(kāi)發(fā)出正交自旋轉移MRAM技術(shù)(OST-MRAM)的美國業(yè)者宣布，在其加州費利蒙(Fremont)公司總部的自家研發(fā)晶圓廠(chǎng)，成功制作出小至20nm的垂直MRAM磁穿隧接面(pMTJ)，預計在2018年讓產(chǎn)品正式上市。

　　從那時(shí)起，STT已經(jīng)為北美和亞洲的客戶(hù)提供其OST-MRAM樣片了，這可說(shuō)是一個(gè)重要的里程碑，因為它是幾種新興存儲器中被視為可能取代動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器(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(zhù)業(yè)界持續邁向更先進(jìn)的制程節點(diǎn)，DRAM與NAND flash正面對微縮帶來(lái)的挑戰。STT是少數幾家開(kāi)發(fā)MRAM的公司之一，因此，如今開(kāi)始出樣晶片可說(shuō)是驗證MRAM整體性能以及STT技術(shù)的重要時(shí)機。

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

　　目前客戶(hù)對于你們提供的樣片反應如何?

　　我們已經(jīng)出樣新晶片給廣泛的客戶(hù)了，他們都是足以評價(jià)這種存儲器類(lèi)型的大型現有業(yè)者，具有高度的可信度。我們在這次產(chǎn)品出樣周期的目標是產(chǎn)生完整的存儲器，能夠滿(mǎn)足穩健可靠的評測。我們很高興能有機會(huì )流通這些樣片，讓客戶(hù)在測試后都回來(lái)找我們，告訴我們說(shuō)這款產(chǎn)品的功能齊全，符合所有提供的規格，而且找不到任何錯誤。這為我們在推進(jìn)下一次與客戶(hù)接觸的機會(huì )開(kāi)啟了大門(mén)，客戶(hù)現在都確實(shí)地認識了我們是一家擁有第三代pMTJ基礎技術(shù)的公司，也肯定我們制作可用存儲器的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。

　　開(kāi)發(fā)商用MRAM的挑戰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(guò)10年以上了，具有經(jīng)驗證的生產(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(wèn)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，以及如何擴展MTJ的制造產(chǎn)能，達到每個(gè)存儲器晶片中約10億的數量級，而不只是每個(gè)硬碟讀取頭中使用1個(gè)MTJ元件;這些是目前最主要的三項挑戰。這和相變存儲器、電阻式RAM和納米線(xiàn)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)驗證，也沒(méi)有現行的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統可支持。

　　您將Everspin等競爭對手稱(chēng)為追蹤MRAM的先驅。那么，當您推動(dòng)自家技術(shù)進(jìn)展時(shí)，如何看待競爭對手的成就?

　　這是對于整個(gè)生態(tài)系統所建立的一種信心，包括對于投資人、客戶(hù)，以及設備供應商等。

　　您認為MRAM存在哪些機會(huì )?

　　我們知道目前有四家代工廠(chǎng)都在其開(kāi)發(fā)藍圖中規劃了第三代基于pMJT的MRAM技術(shù)，并預計在2018年的下半年進(jìn)入量產(chǎn)，，并在那之后相應地加快速度。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CMOS高速嵌入式靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的替代技術(shù)。我認為這項技術(shù)更適于在此領(lǐng)域實(shí)現差異化。第三是作為DRAM的替代技術(shù)。目前DRAM市場(chǎng)成長(cháng)開(kāi)始趨緩，未來(lái)可能會(huì )由特別有利于儲存應用的持久特性主導市場(chǎng)成長(cháng)。

　　至今許多采用MRAM的場(chǎng)合都離不開(kāi)儲存應用。是否還有其他細分市場(chǎng)存在新應用的例子?

　　在手機中有幾個(gè)地方需要超過(guò)200Mb的靜態(tài)存儲器，而當你嘗試使用SRAM時(shí)，就會(huì )發(fā)現那真的是在燒錢(qián)。降低靜態(tài)存儲器的成本看來(lái)勢在必行，再者，因為它用在行動(dòng)裝置中，所以對于功耗也十分敏感。40nm以下的傳統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(wèn)題。

　　此外，為使用中的資料提供保護方面也是一大挑戰。許多應用都需要高頻寬，高速資料經(jīng)由系統傳送的同時(shí)，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(huì )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 )造機會(huì )?

　　我們可以在固態(tài)硬碟(SSD)中將儲存區劃分為大小不同的儲存容量。較大的儲存容量具有flash的時(shí)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。當你將這兩種技術(shù)混合于同一系統時(shí)，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(IOPS)方面取得更高的性能提升，甚至較傳統基于flash的SSD更高一個(gè)數量級。

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正著(zhù)手打造利用現有存儲器技術(shù)的各種新方法，以解決諸如功耗等問(wèn)題，同時(shí)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(zhù)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(méi)有足夠的耐久性可用于執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(chǎng)的承諾之外，您如何看未來(lái)12~18個(gè)月的MRAM發(fā)展前景?

　　讓這項技術(shù)投入生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)的第一家主要代工廠(chǎng)，以及真正的開(kāi)始出貨，即將在業(yè)界刮起一陣旋風(fēng)。半導體產(chǎn)業(yè)真的必須牢牢記住，過(guò)去四十多年來(lái)的技術(shù)主力一直是SRAM、DRAM和flash及其先驅技術(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)，如鐵電隨機存取存儲器(FRAM)與電子抹除式可復寫(xiě)唯讀存儲器(EEPROM)，但也都因其利基特性而受限。

　　然而，當你導入了MRAM，其特點(diǎn)就在于它是在這40到50年間真正進(jìn)入存儲器架構的第一件大事。僅就這一點(diǎn)來(lái)看它就具有相當巨大的發(fā)展潛力了。