Mit STT skalierbar In der MRAM-Technik steckt viel Potenzial

Doug Mitchell, Everspin: »Es gibt derzeit keinen Speicher, der mit einem 16-MBit-MRAM auch nur annähernd gleichziehen kann.«

MRAMs im Aufwind - den verspürt jedenfalls Everspin, das einzige Unternehmen, das derzeit MRAMs in Stückzahlen liefert. Everspin und Start-ups wie Crocus und Grandis arbeiten genauso wie etablierte Firmen, darunter Hynix, IBM und Samsung, an der Spin-Torque-Technik, die MRAMs skalierbar macht.

»In unseren Zielmärkten wachsen wir kräftig, wir rechnen damit, den Umsatz in diesem Jahr gegenüber 2009 zu vervierfachen «, erklärt Doug Mitchell, Vice President Sales & Marketing von Everspin (in Zentraleuropa vertreten durch Varep). Sogar im hart gebeutelten Automatisierungsmarkt könne das Unternehmen zulegen, sowohl in Europa als auch in Japan. Zwar geht das Wachstum der 2008 aus Freescale Semiconductor (zuvor Motorola) hervorgegangenen Everspin von einem eher bescheidenen Niveau aus, doch Mitchell will damit vor allem eines zeigen: MRAMs sind verfügbar, und die Anwender setzen sie gerne ein. Die Frage nach dem Schicksal der MRAMs hat sich für ihn also schon beantwortet.

Derzeit liefert Everspin als einziges Unternehmen MRAMs. Das Angebot erstreckt sich von Typen mit 256 KBit bis zu 4 MBit. Parallele 16-MBit-MRAMs absolvieren gerade ihre Testphase, in Kürze sind sie in Mustern erhältlich. Die Qualifizierung der SPI-Typen will Everspin demnächst abschließen. Mitchell rechnet damit, dass die ersten Typen noch in diesem Monat auf den Markt kommen. Die Speicherkapazitäten betragen 256 KBit, 512 KBit und 1 MBit. Im dritten Quartal will Everspin auch die ersten Muster eines 4-MBit-SPITyps auf den Markt bringen.

Everspin ist nicht die einzige Firma, die sich mit MRAMs beschäftigt. Die in Santa Clara ansässige Crocus Technology will im vierten Quartal ihre ersten Produkte auf den Markt bringen. Die Speicherkapazitäten dieser ersten Generation liegen zwischen 256 KBit und 4 MBit. Dabei setzt Crocus auf ihre Thermal-Assisted-Switching-Technik (TAS). Gegenüber der Toggle-Technik von Everspin benötigt TAS laut Chief Marketing Officer Barry Hoberman geringere Ströme, um Zellen neu zu beschreiben. Das führe nicht nur zu einer geringeren Leistungsaufnahme sondern ermögliche es auch, die Die-Größe zu reduzieren. »Unsere Zellen liegen um 10 bis 15 Prozent unter den typischen 35 f² für MRAM-Zellen, es kommt aber auf die Array-Efficiency an, also auf die gesamte Größe des Dies. Wir können auf der 130-nm-Ebene Speicherkapazitäten von 16 und 32 MBit realisieren«, sagt Barry.

Gleichzeitig arbeitet Crocus an der Spin-Torque-Transfer-Technik (STT), ein weiteres MRAM-Speicherprinzip, das Experten für besser skalierbar halten als die Toggle-Technik. Die Roadmap von Crocus sieht für die Speicher, die mit Strukturgrößen von 130 bis 90 nm gefertigt werden, die TAS-Technik vor, für Speicher zwischen 65 und 45 nm STT und unter 45 nm eine Kombination aus STT und TAS, »um dann die Stabilität von STT deutlich zu erhöhen«, so Barry. Zunächst wird Crocus Stand-alone-MRAMs auf den Markt bringen, um die Funktionalität und die Wirtschaftlichkeit zu demonstrieren. Zusammen mit der Foundry Tower werden später embedded MRAMs folgen. Erste Kundendesigns für ICs mit eingebetteten MRAM erwatet Hoberman für 2011.

Eine weitere Firma, die auf STT setzt, ist die 2002 gegründete Grandis, die über ein umfangreiches Patent-Portfilio im Bereich der STT-MRAMs verfügt. Seit 2005 arbeitet das Unternehmen mit Renesas zusammen, um MRAMs in 65-nm-SoCs zu integrieren. Renesas plante noch 2008, in der ersten Jahreshälfte 2010 erste SoCs mit embedded MRAM auf den Markt zu bringen.

2008 hat Grandis mit Hynix ein Lizenzabkommen geschlossen. Hynix ihrerseits hatte kurz drauf die Zusammenarbeit mit Samsung auf dem Gebiet der STT-MRAMs bekannt gegeben. Neben kleineren Start-up-Unternehmen – hier wäre noch die 2006 gegründete Avalanche Technology in Freemont zu nennen, die über die nächsten zwei Jahre erste Produkte auf den Markt bringen will – beschäftigen sich Hynix, Renesas, Samsung und weitere große Hersteller intensiv mit den MRAMs. Dazu zählt neben Toshiba beispielsweise IBM, die 2007 mit TDK eine Kooperation zur Entwicklung von STT-MRAMs geschlossen hat.

Trotz all dieser Aktivitäten sieht sich Doug Mitchell auf dem Gebiet der MRAMs mit Abstand in der Führungsrolle: »Wir produzieren bereits in Stückzahlen auf Basis unser selbst entwickelten Toggle-Architektur.« Wird Everspin ebenfalls zu STT übergehen, um künftig MRAMs höherer Kapazität wirtschaftlich fertigen zu können? »Wir entwickeln weiterhin MRAMs mit höherer Speicherkapazität auf Basis von Toggle, parallel dazu arbeiten wir aber auch an STT-Architekturen«, antwortet Mitchell. Er geht davon aus, dass es nicht die eine STT-Architektur geben wird: »Jede Firma arbeitet an ihrer eigenen Spin-Torque-Methode. Die Kombination aus Materialien, dem Zellen-Design und der Speicher-Array-Architektur wird jeweils verschieden sein, auch wenn alle am gemeinsamen Ziel arbeiten: hohe Kapazitäten und hohe Leistungsfähigkeit. Mit unserer praktischen Fertigungserfahrung und der umfangreichen Erfahrung auf dem Gebiet der MRAM-Technik sind wir überzeugt, auch in der STT-Architektur der führende Anbieter zu werden.«