Пунктирный обзор перспективных видов памяти - MRAM, MeRAM, TAS MRAM

     MRAM (MagnetoResistive Random-Access Memory)

     Магниторезистивная оперативная память. Разрабатывается с 1990-х годов.
В простейшем случае, каждая ячейка лежит между двумя линиями записи, размещёнными под прямым углом друг к другу, одна над, а другая под ячейкой. Требуются относительно большие токи, С уменьшением размера элемента, индуцированное поле перекрывает соседние ячейки. Из-за этого в памяти MRAM данного типа необходимо использовать ячейки достаточно большого размера. Одним из экспериментальных решений этой проблемы было использование доменов, читаемых и записываемых с помощью эффекта гигантского магнитного сопротивления, но исследования в этом направлении более не проводятся. Техпроцесс порядка 180 нм и более.
    Технология, переноса спинового момента (spin-torque-transfer-STT) или переключение с помощью переноса спина. Уменьшает величину тока, необходимую для записи информации в ячейку памяти. Техпроцесс 65 нм.

    Магниторезистивная память имеет быстродействие, сравнимое с памятью типа SRAM, т.к. ее не надо регенерировать, как DRAM. Такую же плотность ячеек, как SRAM. Меньшее энергопотребление, чем у памяти типа DRAM опять-таки из-за отсутствия регенерации. Она более быстрая и не страдает деградацией по прошествии времени в сравнении с флэш-памятью.



    Samsung является движителем в области MRAM, хотя им все не ограничивается.

    Samsung. Прикупив в 2011 по случаю Grandis - разработчика STT-MRAM технологии, Samsung нешуточно взялся за проект, организовав сообщество Samsung Global MRAM Innovation (SGMI), куда активно приглашает как производителей, так и разработчиков из университетов и исследовательских лабораторий. В конце 2011 Samsung продемонстрировал, что способен формировать основной элемент ячейки памяти - perpendicular MTJ element размером 17 х 40 нм. Считалось, что для достижения столь малых размеров элементов, необходимо использовать редкоземельный материал для ферромагнитного электрода. Однако, Samsung использует "обычные" для промышленности материалы. В настоящее время исследования направлены на повышение термостабильности модулей.

    Buffalo Memory (Япония). В ноябре 2013 компания представила промышленный SSD c кэшем на основе MRAM чипов, производимых Everspin. На сайте Buffalo следов этого изделия не нашел.

    Everspin. Серийно производит 64Mb DDR3 ST-MRAM чипы.
Это самая быстрая энергонезависимая память. Работает на скорости 1600 мегатрансфер/пин/сек., что дает пропускную способность в 3.2 GB/сек. Презентация тут.
Стандартная упаковка чипов в корпусы FBGA позволяет выпускать DIMM и SODIMM модули. Компания работает на непростых потребителей со специфическими требованиями, так что в их предложении существует вариант, предназначенный для эксплуатации в диапазоне температур от -40 °C до 125 °C. Everspin тесно сотрудничает с Cadence, которая пишет драйверы и Denali - производит контроллеры памяти.

    Toshiba. Компания озаботилась тем, что STT-MRAM а) значительно быстрее, чем DRAM, б) требует другой логики общения, т.к. из диалога выпадают задержки на регенерацию. Значит, надо менять структуру и связи в системе. На международном форуме производителей электронных устройств  International Electron Devices Meeting (IEDM) 2013 года была представлена переработанная под перспективу структура вычислителя. Традиционная структура оперативной памяти выстроена вертикально. По мере удаления от ядра процессора она иерархически выстраивает блоки памяти обратно пропорционально скорости: регистры процессора - кэш уровня L1 - кэш уровня L2 - традиционная динамическая память. Ограниченная пропускная способность шин и задержки становятся узким местом на пути между процессором вкупе со всеми кэшами и памятью, если память приобретает новый уровень скорости. Засунуть бы весь необходимый объем памяти в процессор, да некуда... Суть подхода, предлагаемого Toshiba не столько в перераспределении структуры в горизонтальную плоскость с параллельным доступом ко всем блокам памяти, а в том, что эксплуатируется энергонезависимость памяти. Упрощенно, Toshiba предлагает загодя компилировать необходимый в данный момент набор программ и помещать его в STT-MRAM. Временные данные и результаты промежуточных вычислений помещаются в регистры и кэш. Процессор освобождается от декодирования команд, сокращается поток неправильно предсказанных к считыванию данных. Количество циклов процессора, затрачиваемое на собственно вычисления сокращается. Все счастливы!

    А как же отечественный производитель??? А не без него!! В далеком 2011 году вездесущий (там - где пахнет большими проектами и соответствующим финансированием) Роснано совместно с компанией-разработчиком Crocus и несколькими соинвесторами создали Крокус Наноэлектроника («Crocus Nano Electronics»). Цель - начало производства через два года (т.е., в 2013) запустить завод, способный выпускать до 500 шт 300-миллиметровых пластин в неделю. На второй фазе инвестиций его мощность будет увеличена до 1000 пластин в неделю. Речь идет о магниторезистивной памяти с термическим переключением (Thermally Assisted Switching MRAM, TAS MRAM) по нормам 90 и 65 нм.
    Технология термического переключения (TAS-Thermal Assisted Switching) - технология, при которой запись данных происходит за счет магнитной поляризации элемента ячейки при наносекундном локальном нагревании. Подробности красиво описаны здесь. А научная статья по физическим основам продукта здесь.
    В 2013 году запущена первая очередь завода. А 10 февраля 2014 года “Крокус Наноэлектроника” выполнила первый коммерческий заказ. Цитата: "В ноябре 2013 года на первой очереди производства КНЭ мы произвели несколько тестовых партий пластин с датчиками магнитного поля и с магниторезистивной памятью. Анализ результатов производства этих партий показал, что качество и надежность продукции КНЭ эквивалентны, а по некоторым параметрам превосходят образцы, полученные в лаборатории Crocus Technology в Гренобле на опытно-промышленном оборудовании."

    MeRAM (Magnetoelectric Random Access Memory)

    University of California, UCLA. Мы еще не успели проникнуться успехами строителей STT-MRAM и еще не успели пощупать реальный продукт, а в Калифорнийском университете уже подготовили ей панихиду... В 1000 раз более эффективная память!!!! В 2012 году.  Пресс-релиз. Магнитоэлектрическая память произвольного доступа - Magnetoelectric Random Access Memory, MeRAM.
    Технология, переноса спинового момента -STT перемещает-таки электроны для записи информации в ячейку. Всякое перемещение электронов - это ток. Всякий ток - это затраченная энергия, преобразующаяся в тепло. MeRAM работает не с токами, а с напряжением. Результаты исследования, проведеннго профессором Kang L. Wang, ведущим разработчиком Juan G. Alzate и привлеченным Pedram Khalili в рамках Калифорнийского университета на деньги и по заданию DAPRA опубликовано в рамках International Electron Devices Meeting в 2012 году (ссылка).
    Ячейка базируется на управляемой напряжением магнитной анизотропии (Voltage Controlled Magnetic Anisotropy, VCMA). Мало того, что она более энергоэффективна, чем STT, так еще и занимает много меньший объем! Материалы для ее изготовления и техпроцессы - те же, что и при производстве STT-MRAM. Физические подробности процесса описаны в документе, если интересно. Чудесное устройство, просто чудесное!!


http://www.mram-info.com/introduction
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistive_random-access_memory