MRAM會(huì)取代DDR嗎？簡(jiǎn)單比較下MRAM、SRAM和DRAM之間的區(qū)別

在當(dāng)前我們比較熟悉的存儲(chǔ)產(chǎn)品就是DRAM和NAND，DRAM和NAND也一直在尋求高帶寬和低功耗的發(fā)展。我們也看到，DRAM也越來(lái)越便宜，但它很耗電，同時(shí)它也是易失性的，這意味著當(dāng)系統(tǒng)電源關(guān)閉時(shí)它會(huì)丟失數(shù)據(jù)。而NAND 價(jià)格便宜且非易失性（它在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)保留數(shù)據(jù)），但NAND的速度很慢。

因此多年來(lái)，業(yè)界一直在尋找一種與DRAM和Flash具有相同屬性并可以取代它們的“通用存儲(chǔ)器”。這些競(jìng)爭(zhēng)者包括 MRAM、PCM 和 ReRAM。本文將對(duì)簡(jiǎn)單比較下MRAM、SRAM 和 DRAM 之間的區(qū)別。

MRAM-Magnetoresistive RAM

MRAM一詞是Magnetoresistive RAM（磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）的縮寫(xiě)。與使用電子電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器不同，MRAM 使用磁性元件來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它使用電子自旋，與電荷不同的是，電子自旋本質(zhì)上是永久的。MRAM的概念其實(shí)由來(lái)已久，但是發(fā)展一直都比較緩慢。

MRAM結(jié)合了SRAM的速度、DRAM的密度和閃存的非易失性，因此通常被稱(chēng)為理想存儲(chǔ)器。

上圖描繪了經(jīng)典的 MRAM。如圖所示，每個(gè)bit具有自旋相關(guān)通道結(jié)存儲(chǔ)單元以及磁性行和列寫(xiě)入線(xiàn)。自旋相關(guān)通道結(jié)根據(jù)存儲(chǔ)層中的主要電子自旋產(chǎn)生較大的電阻變化。通道壁非常薄，只有幾個(gè)原子層那么薄。這取決于自旋極化。因此，電子可以穿過(guò)絕緣的材料，從而導(dǎo)致電阻變化。

因此，在MRAM中，數(shù)據(jù)被讀取為通道結(jié)電阻，而數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在通道結(jié)磁性層的自旋極化中。寫(xiě)入線(xiàn)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)設(shè)置磁自旋極化來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)位。

通常，低電阻狀態(tài)被視為邏輯0，高電阻狀態(tài)被視為邏輯1。MRAM 的實(shí)現(xiàn)涉及許多底層方法和技術(shù)，比如切換模式、自旋轉(zhuǎn)移扭矩、熱輔助切換。下一代 MRAM 技術(shù)可以進(jìn)一步減小單元尺寸和功耗。

SRAM-Static RAM

? SRAM是Static RAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的簡(jiǎn)稱(chēng)。

? 用于實(shí)現(xiàn)靜態(tài)RAM 的存儲(chǔ)單元陣列。信息存儲(chǔ)在鎖存器中。

DRAM-Dynamic RAM

? DRAM 是Dynamic RAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的簡(jiǎn)稱(chēng)。主要由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容組成。

? 基本原理：根據(jù)電容器中存放的信息來(lái)判斷邏輯1和邏輯0。由于電容器會(huì)有電荷泄漏，所以需要周期性的充放電刷新。

? 電容器充電和放電以改變存儲(chǔ)值。

? 使用晶體管作為“開(kāi)關(guān)”來(lái)控制存儲(chǔ)電荷和充電或放電。

DRAM 類(lèi)型如下：

? 同步DRAM（即SDRAM）

? 雙倍數(shù)據(jù)速率DRAM（即DDR DRAM，就是我們常常說(shuō)的DDR~DDR5）

? RAMBUS DRAM (RDRAM)

MRAM、SRAM 和 DRAM 的比較

下表對(duì)比了 MRAM、SRAM 和 DRAM 存儲(chǔ)器之間的易失性、讀寫(xiě)速度、功耗、密度以及耐用性。

MRAM 和 SRAM 之間的比較：

? MRAM 比 SRAM 稍慢，但在速度上仍然具有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。

? SRAM 的設(shè)計(jì)更復(fù)雜，而 MRAM 的密度更高。

? MRAM 是非易失性的，而 SRAM 是易失性的，斷電就會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

MRAM 和 DRAM 之間的比較：

? DRAM需要電容器充電/放電的來(lái)完成讀寫(xiě)，所以MRAM 的讀/寫(xiě)速度更快。

? MRAM 和 DRAM 具有相似的密度。

? MRAM 與 DRAM 不同，是非易失性的。

? MRAM 的單元泄漏較低。

? 與經(jīng)常刷新數(shù)據(jù)的DRAM相比，MRAM 的電壓要求較低。

所以，將來(lái)在需要考慮兼具功耗和速率的時(shí)候，MRAM可能會(huì)帶來(lái)很好的效果。

審核編輯：劉清