什么是eMRAM?研究現(xiàn)狀如何?

晶圓大廠格芯今天宣布，其基于其22nm FD-SOI 平臺(tái)的嵌入式、磁阻型非易失性存儲(chǔ)器（eMRAM）已投入生產(chǎn)。而公司正在接洽多家客戶，計(jì)劃2020年安排多次生產(chǎn)流片。格芯進(jìn)一步指出，此次公告是一個(gè)重要的行業(yè)里程碑，表明eMRAM可在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、通用微控制器、汽車、終端人工智能和其他低功耗應(yīng)用中作為先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的高性價(jià)比選擇。

據(jù)格芯介紹，他們的eMRAM產(chǎn)品旨在替代高容量嵌入式NOR閃存（eFlash），幫助設(shè)計(jì)人員擴(kuò)展現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)和微控制器單元架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)28nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的功率和密度優(yōu)勢(shì)。

什么是eMRAM

根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察此前報(bào)道，所謂eMRAM 技術(shù)是自旋電子學(xué)（Spintronics，2007 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）發(fā)展的重要產(chǎn)物。不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器如 DRAM、SRAM 和 NAND 閃存等利用電子的電荷特性進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，eMRAM 是利用電子的自旋特性實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其核心存儲(chǔ)器件為磁性隧道結(jié) MTJ，主要包含一個(gè)自由層、一個(gè)參考層和一個(gè)夾在兩者中間的絕緣層，參考層的自旋磁化方向固定不變，自由層的自旋磁化方向可以改變成和參考層相同或相反。當(dāng)兩者自旋磁化方向相同，也即 MTJ 處于“平行磁化方向”狀態(tài)時(shí)，MTJ 呈低電阻狀態(tài)；反之，當(dāng)兩者自旋磁化方向相反，也即 MTJ 處于“反平行磁化方向”狀態(tài)時(shí)，MTJ 呈高電阻狀態(tài)。在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域，這兩種截然不同的電阻狀態(tài)可以分別用來代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”和“1”。

作為一種新型存儲(chǔ)，eMRAM 具有非易失性、讀寫速度快、能耗低、集成密度高、耐久力強(qiáng)、天然抗輻射和隨工藝節(jié)點(diǎn)等比微縮等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過十余年的發(fā)展，eMRAM 技術(shù)終于在 2018 年下半年進(jìn)入成熟期，行業(yè)市場(chǎng)普遍接納了其作為 28nm 及以下工藝節(jié)點(diǎn)嵌入式存儲(chǔ)技術(shù)的最佳解決方案。eMRAM 得益于其優(yōu)良的技術(shù)特性，便成為了 eFlash 和 eSRAM （L3 及以下層級(jí)的緩存應(yīng)用）的最佳替代方案。正是因?yàn)槠渚薮蟮氖袌?chǎng)潛力，eMRAM獲得了晶圓代工廠的青睞，甚至連英特爾也對(duì)這個(gè)市場(chǎng)虎視眈眈。

但在我國(guó)，eMRAM的研究還相對(duì)落后。

在半導(dǎo)體行業(yè)觀察之前的報(bào)道中有講到，我國(guó)境內(nèi)地區(qū) eMRAM 技術(shù)領(lǐng)域相對(duì)非常空白。主要為幾家高校和科研機(jī)構(gòu)從事較為分散的自旋電子基礎(chǔ)科研活動(dòng)，為代表的是北航。自 2018 年開始，隨著其它各 Foundry 代工廠商在 eMRAM 領(lǐng)域的快速推進(jìn)，我國(guó)境內(nèi)最大的代工廠商中芯國(guó)際（SMIC）也積極進(jìn)行布局，并且取得了快速的進(jìn)展，有望在 2020 年開始風(fēng)險(xiǎn)量產(chǎn)。除中芯國(guó)際之外，華為海思也已經(jīng)從幾年前就開始了在 eMRAM 技術(shù)領(lǐng)域的準(zhǔn)備與積累，并且針對(duì)其自身產(chǎn)品的需求與代工合作伙伴進(jìn)行技術(shù)工藝的開發(fā)和優(yōu)化。
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