1-Gb-eMRAMs noch in diesem Jahr Samsung feiert die ersten eingebetteten MRAMs

Samsung Foundry feiert einen Durchbruch: Ab sofort kann das Unternehmen auf MCUs und SoCs MRMAs integrieren, deren Eigenschaften den Anforderungen entsprechen, die IoT und KI-Umgebungen stellen.
Samsung Foundry feiert einen Durchbruch: Ab sofort kann das Unternehmen auf MCUs und SoCs MRMAs integrieren, deren Eigenschaften den Anforderungen entsprechen, die IoT und KI-Umgebungen stellen.

Samsung fertigt die ersten kommerziellen on-Chip-MRAMs und rechnet noch in diesem Jahr mit dem Tape-out eines eMRAM mit einer Speicherkapazität von 1 Gb.

Damit greift Samsung vor allem Everspin an. Der ursprünglich aus Motorola hervorgegangene MRAM-Spezialist (eingebettete magnetoresistive nichtflüchtige Speicher) hat im vergangenen Jahr 1-Gb-MRAMs in Stand-alone-Versionen vorgestellt. »Seit Ende 2018 liefern wird diese Typen«, erklärte Kevin Conley, President und CEO von Everspin, gegenüber Markt &Technik auf der embedded world in Nürnberg. Die MRAM-Technik von Everspin hat Globalfoundries lizenziert und nutzt sie für die Produktion von SoCs mit eingebetteten MRAMs, auch Globalfoundries können nach den Worten von Conley bereits liefern.

Samsung fertigt die eigenen eMRAMs auf Basis ihres 28-nm-FD-SOI-Prozesses. Damit sei auf dem Gebiet der nichtflüchtigen eingebetteten Speicher (eNVMs) ein echter Durchbruch gelungen, »nachdem wir komplizierten Probleme der für den Aufbau der MRAM-Zellen erforderlichen neuen Materialien gelöst haben«, wie Ryan Lee, Vice President Foundry Marketing von Samsung, erklärte. Dem Durchbruch hat das Unternehmen auf dem Giheung-Campus in Korea sogar eine eigene Feier gewidmet. »Damit können wir uns über einen neuen, wirtschaftlichen eNVM-Prozess differenzieren und aus der Sackgasse der eFlash-Technik führen«, so Ryan Lee.

Tatsächlich stecken die heute üblichen Flash-Speicher in einer Sackgasse. Denn ihre embedded-Versionen lassen sich nicht mehr wirkungsvoll skalieren, weil sie mit Ladungen arbeiten, die gespeichert werden müssen. Weil MRAMs über die Veränderung des Widerstands zwischen den logischen Zuständen 0 und 1 unterscheiden.

Mit Hilfe der 3D-NAND-Technik ist es den Herstellern bisher zwar gelungen, die Skalierungsprobleme auf der Zellebene zu umgehen: Sie haben die die Zellen einfach übereinandergestapelt, um mehr Bit pro Siliziumfläche unterbringen zu können, ohne die Zellen selber weiter verkleinern zu müssen. Dieser Ansatz hilft für embedded Speicher wenig, weil sie sich 3D-Flash-Technik schlecht monolithisch integrieren lässt.

Samsung ist nun überzeugt, dass die MRAM-Technik aus der Skalierungssackgasse für nichtflüchtige Speicher führt – weit über den 28-nm-Knoten hinaus – und es den Anwendern damit zu ermöglichen, rechtzeitig die MCUs und SoCs mit den eingebetteten nichtflüchtigen Speichern auf den Markt bringen zu können, deren Eigenschaften den Anforderungen entsprechen, die das Internet of Things (IoT) und die künstliche Intelligenz (KI) jetzt stellen.
 
MRAMs lösen allerdings nicht nur das Skalierungsproblem, sie bringen gegenüber der herkömmlichen Flashtechnik zahlreiche weitere Vorteile. Vor allem aber sind sie schnell: Weil keine Löschzyklen vor dem Schreiben erforderlich sind, lassen sie sich um den Faktor 1000 schneller beschreiben als Flash-Typen. Zudem arbeiten sie bei niedrigeren Spannungen und benötigen im Power-off Mode keine Spannung, was gegenüber Flash zu einer deutlich geringeren Leistungsaufnahme führt.  Außerdem bieten sie einen langen Datenerhalt (Endurance).

Die eMRAMs lassen sich laut Samsung in existierende Design- und Fertigungsumgebungen für SoCs einfach integrieren. Es sind lediglich einige zusätzliche Maskenschritte erforderlich, so dass sich eMRAMs auf Basis von FinFET- und FD-SOI-Pozessen (Fully Depelted Silicon on Insulator) realisieren lassen. Die Hersteller können also die existierende Infrastruktur nutzen, was die Kosten ebenfalls reduziert.