存储器的“完美主义”——MRAM

MRAM(Magnetic Random Access Memory) 是一种非挥发性的磁性随机存储器。这是一种创新的存储器技术，它与传统的DRAM、SRAM的工作原理完全不同。它采用两块纳米级铁磁体，在界面上用一个非磁金属层或绝缘层来夹持一个金属导体的结构。通过改变两块铁磁体的方向，下面的导体的磁致电阻(magnetoresistance)就会发生变化。电阻一旦变大，通过它的电流就会变小，反之亦然。

因此，只需用一个三极管来判断加电时的电流数值就能够判断铁磁体磁场方向的两种不同状态来区分"0"和"1"了。由于铁磁体的磁性几乎是永远不消失的，因此磁阻内存几乎可以无限次地重写。而铁磁体的磁性也不会由于掉电而消失，所以它并不像一般的内存一样具有挥发性，而是能够在掉电以后继续保持其内容。

同目前流行的存储器相比， MRAM集结了快闪内存（FLASH）的非挥发性，静态随机存取内存（SRAM）的 快速读取速度和低耗电量，动态随机存取内存（DRAM）的无限次写入，同时更具有永久记忆、密度高及不会坏等特点。可以说，MRAM在性能上是相当完美的一种存储器了。那么，MRAM岂不是要一统天下，成为存储器的龙头老大了？答案是否定的。给出这一答案的是Everspin公司CEO Saied Tehrani博士，他早在1995年就在飞思卡尔公司主导MRAM技术开发进程。磁阻存储器的概念很早就提出来了，但因为材料和工艺上存在着相当大的难度，许多年来一直没有投入商用。2003年底，飞思卡尔发布了业界首款MRAM样片；2006年7月，飞思卡尔宣布业内第一款商用MRAM器件量产。2008年6月，Saied Tehrani博士所领导的MRAM团队从飞思卡尔公司独立出来，成为Everspin公司，他则担任了该公司的CEO。

Saied Tehrani博士指出，尽管MRAM具备上述各种优点，但它并不是完美的，目前来说，它的存储密度跟Nand、NOR等数据存储器相比还远远不及，而且成本也不如他们便宜。Everspin公司最近刚刚发布的一款MRAM器件为16Mb，已是目前业界最高容量的MRAM。因此，MRAM更适合用于CPU的工作存储器，如缓存和主存储器等对性能要求更高的领域。进行磁阻存储器研发的不只Everspin公司一家，但真正量产和商用的却仅此一家。这是因为，MRAM的量产需要在材料和工艺上做出很多突破，各个公司在这方面都略有不同。

Everspin的专利MRAM技术是以可沉积在标准逻辑制程上的磁性隧道结 (MTJ)储存单元为基础。MTJ中包含了一个维持单一极性方向的固定层(fixed layer)，和一个通过隧道结(tunnel barrier)与其隔离的自由层(free layer)。当自由层被施予和固定层相同方向的极化时，MTJ的隧道结便会显现出低电阻特性。而当自由层被施予反方向的极化时，MTJ便会有高电阻。此一磁阻效应可使MRAM不需改变内存状态，便能快速读取数据。当流经两金属线的电流足以切换MTJ的磁场时，在两金属线交点的MTJ就会被极化(写入)。此过程能以SRAM的速度完成。其中MTJ单元是由Everspin自己的工厂加工，这也是Everspin的MRAM附加价值所在。

MRAM应用范围包括服务器和阵列储存用的RAID储存装置、通讯系统、运输、军事和航空电子系统、智能电表和打印机、工业马达控制和机器人、工业电源和能源管理、医疗电子等。

谈到未来MRAM发展方向，Saied Tehrani博士指出，在保证其他性能不受到影响的情况下，MRAM将继续不断提高存储密度，如果达到了PC和便携式产品对存储密度的要求，自然会慢慢进入这个市场，但提高密度绝不会以牺牲性能为代价，要做到这一点，就要靠MRAM厂家对于工艺技术的不断突破了。