首页 | 期刊简介 | 编辑部 | 广告部 | 发行部 | 在线投稿 | 联系我们 | 产品信息索取
2017年12月15日星期五
2011年第01期
 
2010年第12期
 
2010年第11期
2010年第11期
 
2010年第10期
2010年第10期
 
2010年第09期
2010年第09期
 
2010年第09期
2010年第08期
 
2010年第07期
2010年第07期
 
2010年第06期
2010年第06期
 
2010年第05期
2010年第05期
 
2010年第04期
2010年第04期
 
2010年第03期
2010年第03期
 
2010年第02期
2010年第02期
 
2010年第01期
2010年第01期
 
2009年第12期
2009年第12期
 
2009年第11期
2009年第11期
 
2009年第10期
2009年第10期
 
2009年第9期
2009年第9期
 
2009年第8期
2009年第8期
 
2009年第7期
2009年第7期
 
2009年第6期
2009年第6期
 
2009年第5期
2009年第5期
 
2009年第4期
2009年第4期
 
2009年第3期
2009年第3期
 
2009年第2期
2009年第2期
 
2009年第1期
2009年第1期
 
2008年第12期
2008年第12期
 
2008年第11期
2008年第11期
 
2008年第10期
2008年第10期
 
2008年第9期
2008年第9期
 
2008年第8期
2008年第8期
 
2008年第7期
2008年第7期
 
2008年第6期
2008年第6期
 
2008年第5期
2008年第5期
 
2008年第4期
2008年第4期
 
2008年第3期
2008年第3期
 
2008年第2期
2008年第2期
 
2008年第1期
2008年第1期
飞思卡尔率先将MRAM技术投入商用

Freescale First Put MRAM Technology into Business Applications

飞思卡尔半导体


在当今移动计算日益普及的环境中,过去的存储技术已经显得力不从心。对于满足电子产品对存储体积更小的要求来说,磁阻随机存取存储器(MRAM)的出现是一个重大的进步。近年来,MRAM受到日益广泛的关注。MRAM可以作为通用存储器,而无需结合使用多种存储器。独立的MRAM芯片是SRAM的理想单组件替代产品,具有可靠经济的优点。MRAM还可以作为高速缓冲存储器、配置存储器,以及应用在其他任何能够利用MRAM的速度、灵活性、非易失性的解决方案中。通过在各种处理器和控制器芯片上嵌入MRAM,该技术有望实现更多激动人心的未来应用。


MRAM介绍

MRAM是一种非易失性的磁性随机存储器,所谓“非易失性”是指掉电后,仍可以保持存储内容的完整性,功能与 Flash相同;而“随机存取”是指处理器读取资料时,不一定要从头开始,随时可用相同的速率,从内存的任何部位读写信息。MRAM中每个存储元件采用磁隧道结(MTJ)设备来进行数据存储。MTJ由固定磁层、薄绝缘隧道隔离层和自由磁层组成。当向MTJ施加偏压时,被磁层极化的电子会通过一个称为穿遂(Tunneling)的过程,穿透绝缘隔离层。当自由层的磁矩与固定层平行时,MTJ设备具有低电阻;而当自由层的磁矩方向与固定层反向平行(anti-parallel)时,则具有高电阻。随着设备磁性状态的改变,电阻也会变化,这种现象就称为磁阻,“磁阻”RAM也因此得名。

与大部分其他半导体存储器技术不同,数据作为一种磁性状态(而不是电荷)存储,并且通过测量电阻来感应,不会干扰磁性状态。采用磁性状态存储有两个主要优点:1)磁场极性不像电荷那样会随着时间而泄漏,因此即使在断电的情况下,也能存储信息;2)在两种状态之间转换磁场极性时,不会发生电子和原子的实际移动,这样也不会有所谓的失效机制。在MRAM中使用的磁阻设备非常类似于在硬盘中使用的读取设备。

如图1所示,为了制造高密度存储器,MRAM单元排列在一个矩阵中,每个写入线横跨数百个或数千个位,如图2所示。在写入操作中,电流脉冲通过数字线和位线,只写入处在两线交叉点的位。在读取操作中,目标位的绝缘晶体管被打开,为MTJ施加偏压,将产生的电流与参考值进行比较,以确定其电阻状态是低还是高。

图1 1个晶体管,1个MTJ存储器单元的图解,显示了经过一个数据位上面和下面的写入线,以及读取电流路径.(略)

图2 存储器矩阵包括许多MRAM单元,带有用于进行交叉点写入的数据线和位线,以及由字线控制的隔离晶体管(略)


MRAM技术优势

与现有的 Flash、 SRAM、DRAM相比, MRAM由于拥有存取速度高、存取次数多、耗电量低及小体积、可嵌入,不会随着时间的推移而丢失数据等特性,较现有的其他存储产品在便携式电子产品的应用上更具优势。
首先,由于MRAM是非易失性的,所以完全关闭后,它会保留数据。由于不需要背景刷新,它能够在非激活状态下关闭MRAM。与DRAM相比,这可以大幅降低系统功耗。MRAM的简单集成体系使它能够更加轻松地嵌入。与SRAM相比,因为MRAM的单元尺寸更小,所以MRAM将在成本竞争上处于优势。它还是非易失性的,而对于SRAM而言,只有比较复杂和昂贵的电池备份解决方案才能实现这一点。与Flash相比,MRAM的写入性能更佳,因为它的穿遂模式不要求高电压,并且MRAM的写入速度相当快。因为功耗/位比Flash低几个数量级,MRAM在写入周期中消耗的电流更少。MRAM的耐久性是无限的,没有明显的或预计的磨损机制,而典型Flash的耐久性仅为105个写入周期。


飞思卡尔领先MRAM技术

在过去十年里,磁阻存储已经成为存储芯片行业的一个技术热点,很多公司不惜投入巨资展开研究,而飞思卡尔公司成为第一家提供商用产品的公司。2006年,全球第一款商用MRAM产品在飞思卡尔投入生产,飞思卡尔将其命名为MR2A16。该芯片基于Toggle写入模式,并与采用铜互连技术的CMOS相集成。飞思卡尔的MRAM单元采用单个晶体管和磁性隧道结构,结合其受专利保护的体系,以保证磁数据的可靠写入。在MRAM研发领域,飞思卡尔展示了Toggle MRAM的可扩展性和可靠性,同时还在开发嵌入式MRAM,研究用于未来几代技术的新架构、材料和设备,从而继续保持其在MRAM研发方面的行业领导地位。


首款商用MRAM——MR2A16A

MR2A16A可以实现非常灵活的系统设计而不会导致总线竞争。MR2A16A带有单独的字节支持控制,各字节均可独立写入和读取。它的运行电压为 3.3V,读写周期为35ns。MR2A16A经济而又可靠,适用于多种商业应用,包括网络、安全、数据存储、游戏和打印机等。在需要永久存储和快速检索关键数据的应用中,MR2A16A都是理想的存储器解决方案(图3所示为MR2A16A MRAM的显微照片)。

图3 MR2A16A MRAM的显微照片(略)


MR2A16A特性:

单个3.3V 电源

商用温度范围(0~70 C)

对称高速读写功能,存取访问时间短(35ns)

灵活的数据总线控制,8位或16位存取

相同的地址和芯片支持存取次数

带有低压抑制电路的自动数据保护功能可防止电源中断时写入数据

所有输入和输出都兼容晶体管-晶体管逻辑(TTL)

完全静态的操作

全面的非易失性操作,数据至少可保存10年

不难发现,MRAM的魅力在于兼具DRAM大容量与SRAM速度快的优点,且与Flash同属于非易失性存储,因此即使关机断电后,数据仍旧存在,而它比Flash的使用寿命更长、存取速度更快。在今日消费者需要大量且高速读写存储媒体的需求推动下,MR2A16A将有更广泛的应用前景。

《世界电子元器件》2006.9
         
版权所有《世界电子元器件》杂志社
地址:北京经济技术开发区科创十二街鸿坤云时代D座12层 邮编:100716
电话:(010)51077700 传真:(010)51077511
E-mail:dongmei@eccn.com