新的 MRAM 突破有望革 CPU 設計界的命！

過去，報道主流存儲器市場的變化讓人有點失望；按籠統的定義，存儲器市場是指面向CPU緩存的SRAM、面向易失性RAM的DRAM以及面向非易失性存儲的固態硬碟（SSD）和傳統硬碟（HDD）。一方面，觀看各種小眾方法如何發展、它們與「典型」方法相比具有的優缺點頗有意思。另一方面，這些替代性的小眾技術通常面向小眾市場是有原因的。原因因技術而異，但通常一兩個缺點讓它們無法取代更主流的方法。真正顛覆競爭格局的突破卻實為罕見；但如果Spin Transfer Technologies（STT）說的是大實話，它給市場帶來的正是這種突破。

綜觀歷史，磁阻RAM（MRAM）提供了出色的性能、數據保存和耐用性，只是很難同時集三者於一體。在最高速度下，MRAM的性能幾乎與SRAM相當，但是維持這種速度所需的寫入電流會降低存儲器本身的性能，導致壽命短得令人無法接受。更高的寫入電流與更好的數據保存成正比，但是也導致高功耗。這是阻礙該標準得到採用的一大因素――過去很難找到主流的計算場景：說到CPU緩存，MRAM是可以接受的SRAM替代方案，雖然MRAM擁有其他理論上的密度和功耗優勢讓它原本很適合這些市場。

今天，STT宣布了新的突破，該公司稱之為進動自旋電流（PSC）。STT聲稱，這種新方法有望將MRAM器件的自旋扭矩效率提高40%至70%，因而使保存時間比以前長10000倍。按照這種新方法，以前數據保存一小時，現在可以保存一年多，同時減小了寫入電流。該公司是這樣描述的：

PSC結構是一大突破，因為它實際上將決定數據保存的靜態能量勢壘（energy barrier）與控制開關電流的動態開關過程分離開來。因此，PSC結構添加到任何垂直磁性隧道結（pMTJ）後，獲得的好處包括如下：

pMTJ沒有電流流過時，會出現更高的能量勢壘，這對於長時間保存數據而言再理想不過。

電流流過、器件正在寫入新狀態時，自旋極化效應加強，這對於盡量減小開關電流，並將器件壽命延長好多個數量級來說再理想不過。

PSC結構一開始就被設計成模塊化，可以用任何pMTJ來製造：無論是該公司自己的pMTJ，還是其他來源的pMTJ。PSC結構是在pMTJ沉積過程中製造的，使pMTJ部件的高度增加了約4納米。該結構與一系列廣泛的標準MRAM製造工藝、材料和工具箱兼容，因而任何工廠都能輕鬆將PSC結構做入到現有的pMTJ部件中，並不顯著增加複雜性或製造成本。

那麼這可能如何影響未來處理器的設計呢？MRAM的一個優勢是，你可以在與SRAM同樣大小的空間塞入四五倍多的MRAM。雖然MRAM的性能特點不如SRAM那麼誘人，但我們已經看到了特定的市場對替代存儲器技術頗有興趣，使用NAND快閃記憶體作為伺服器RAM就是個佐證。在一些場景下，容量更大但速度慢得多的緩存可能比我們今天使用的現有系統有效得多，對於對延遲不是特別敏感的應用環境而言更是如此。比如說，大容量的片上MRAM高速緩存有望充當一種實用的方法：在不影響功率曲線或裸片尺寸的情況下，提高集成圖形性能。

我們採訪了STT，它告訴我們其近期計劃是致力於取代SRAM，而不是取代DRAM，因為MRAM在現階段天生與SRAM更匹配。該公司希望在今年下半年之前完成客戶驗證，並在2019年年中之前將產品推向市場。我們還不是很願意認為這場比賽的天平完全傾向於MRAM，但AMD和英特爾等公司絕對在想方設法提高器件性能、降低功耗。隨著新節點的價值隨著時間的推移而下降，像MRAM這種替代技術帶來的影響會相應增大。

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