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Everspin

1-GBit-MRAMs für den Mainstream

11. Januar 2017, 11:20 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die Zukunft gehört pMTJ-STT-MRAMs

Mit den Spin-Torque-Typen kann Everspin jetzt aber auch in die Bereiche im Auto vordringen, in denen es auf hohe Speicherkapazitäten ankommt. Video-Logging sei laut LoPresti eine solche Anwendung. »Unsere 1-GBit- und 256-MBit-Typen machen das Aufzeichnen von Videosequenzen möglich.« Es finden sich im Entertainment- und ADAS-Umfeld zahlreiche weitere typische Einsatzfälle. Außerdem sieht er in industriellen Steuerungen, in RAID-Systemen, in Smart Metern und im Gaming weitere wichtige Anwendungsfälle. In RAID-Systemen beispielsweise kommen derzeit batteriegepufferte SRAMs oder DRAMs zum Einsatz. So bleiben die Daten bei Stromausfall erhalten. Mit den leistungsfähigen MRAMs könnten sich die Anwender die teuren Batteriesysteme sparen.

Im Vergleich zu NAND-Speichern lassen sich die MRAMs (wer es bisher noch nicht erraten hat: MRAM steht für Magneto-resistive Random Access Memory) schneller beschreiben und auslesen (wobei der Lesevorgang nicht zerstörend ist, ein weiterer Vorteil). Sie sind außerdem robuster, ihr Datenerhalt erstreckt sich über deutlich längere Zeiträume, und sie nehmen weniger Energie auf als SRAMs und DRAMs.

Die ersten Generationen arbeiteten auf Basis der in-Plane-MRAM-MTJ-Technik, wo die magnetischen Momente parallel zur Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind. Es stellte sich aber heraus, dass diese Technik mit Strukturen unter 90 nm nicht gut skaliert. Abhilfe schaffte die pMTJ-Technik: Hier stehen die magnetischen Momente senkrecht zur Oberfläche des Substrats, was Platz spart. Ursprünglich für die Fertigung von Hard Disk Drives entwickelt, steht nun auch Equipment für die Fertigung von STT-MRAMs auf 300-mm-Wafern mit Strukturen unter 40 nm zur Verfügung. Damit besteht die Aussicht, dass MRAMs nicht größer als DRAMs werden und in der Fertigung – bei entsprechenden Kapazitäten und Stückzahlen – also auch preislich wettbewerbsfähig zu DRAMs sein sollten.

GlobalFoundries spricht bereits jetzt davon, dass sich die embedded MRAMs auf Basis des 22FDX-Prozesses 1000-mal schneller beschreiben lassen und auf einen um den Faktor 1000 längeren Datenerhalt kommen. Die Daten blieben auch erhalten, wenn die SoCs mit eMRAM einem 260 °C heißen Reflow-Lötprozess ausgesetzt werden.

Universal Memories

In einem Satz: MRAMs könnten zunächst SRAMs, später auch DRAMs ersetzen und wären damit das berühmte Unified Memory, nach dem alle suchen. Aber verglichen mit den Alternativen scheinen die MRAMs am weitesten gediehen zu sein. Zu den Alternativen gehören PRAMs, FeRAMs, ReRAMS und weitere exotische Varianten, man denke nur an die NRAMs von Nantero oder an die 3D-XPoint-Technik, die Infineon/Micron im Sommer 2015 vorgestellt hatten. Es ist zu hören, dass Intel erste Produkte im ersten Halbjahr 2017 vorstellen will. Optane-DIMMs, die auf den 3D-XPoint-Speichern aufbauen, sollen jedenfalls 2017 auf den Markt kommen. Gegenüber NAND-Flash-Speicher können sie in Byte statt in Blöcken adressiert werden, sie erzielen kürzere Latenzzeiten und mehr Input/Output-Operationen.

Nun hatten die MRAMs für ihre Evolution mehr als 20 Jahre Zeit. (Älter sind wohl nur die FeRAMs, aber nach allem was bisher bekannt ist, scheinen sie nicht gut zu skalieren und sind nur für relativ kleine Speicherkapazitäten und damit Nischen geeignet). 20 Jahre – so lange hat es gedauert, um von den ersten Geistesblitzen bis zu den kommerziell erhältlichen 1-GBit-Type zu kommen. Erfunden wurde die MRAM-Technik von IBM, die zu dieser Zeit eng mit Motorola zusammenarbeitete, daher die Verbindung zu Freescale.