Компания TSMC вместе с учёными Тайваньского НИИ промышленных технологий (ITRI) представила совместно разработанную память SOT-MRAM. Новое запоминающее устройство предназначено для вычислений в памяти и для применения в качестве кеша верхних уровней. Новая память быстрее DRAM и сохраняет данные даже после отключения питания, и она призвана заменить память STT-MRAM, потребляя при работе в 100 раз меньше энергии.

Экспериментальная пластина с чипами SOT-MRAM. Источник изображения: TSMC / ITRI

На роль кеш-памяти верхних уровней (от L3 и выше) и для вычислений в памяти, среди прочих перспективных вариантов энергонезависимой памяти, долгое время претендовала магниторезистивная память с записью с помощью переноса спинового момента (STT-MRAM). Этот вариант памяти передавал намагниченность запоминающей ячейке через туннельный переход с помощью спин-поляризованного тока. За счёт этого потребление энергии STT-MRAM оказалось кратно меньше потребления обычной памяти MRAM, в которой запись осуществлялась наведённым электромагнитным полем.

Память SOT-MRAM идёт ещё дальше. Запись (намагниченность) ячейки — слоя ферромагнетика — происходит с помощью спин-орбитального вращательного момента. Эффект проявляется в проводнике в основании ячейки в процессе комбинации двух явлений: спинового эффекта Холла и эффекта Рашбы—Эдельштейна. В результате на соседний с проводником ферромагнетик воздействует индуцированное магнитное поле со стороны спинового тока в проводнике. Это приводит к тому, что для работы SOT-MRAM требуется меньше энергии, хотя настоящие прорывы ещё впереди.

Маршруты токов записи и чтения для двух типов ячеек MRAM. Источник изображения: National University of Singapore

Другие преимущества памяти SOT-MRAM заключаются в раздельных схемах записи и чтения, что положительно сказывается на производительности, а также увеличенная устойчивость к износу.

«Эта элементарная ячейка обеспечивает одновременное низкое энергопотребление и высокоскоростную работу, достигая скорости до 10 нс, — сказал доктор Ши-Чи Чанг, генеральный директор исследовательских лабораторий электронных и оптоэлектронных систем ITRI. — Её общая вычислительная производительность может быть дополнительно повышена при реализации схемотехники вычислений в памяти. Заглядывая в будущее, можно сказать, что эта технология обладает потенциалом для применения в высокопроизводительных вычислениях (HPC), искусственном интеллекте (AI), автомобильных чипах и многом другом».

Память SOT-MRAM с задержками на уровне 10 нс оказывается ближе к SRAM (задержки до 2 нс), чем обычная память DRAM с задержками до 100 нс и выше. И конечно, она существенно быстрее популярной сегодня 3D NAND TLC с задержками от 50 до 100 мкс. Но в процессорах и контроллерах память SOT-MRAM появится не завтра и не послезавтра, как не стала востребованной та же память STT-MRAM, которая разрабатывается свыше 20 лет. Всё это будущее и не очень близкое, хотя, в целом, необходимое для эффективных вычислений в памяти и устройств с автономным питанием.

Полупроводниковая компания NXP Semiconductors сообщила о сотрудничестве с тайваньским контрактным производителем микросхем TSMC в сфере выпуска магниторезистивной оперативной памяти (MRAM) для применения в автомобилях, которая впервые в данной сфере будет построена на 16-нм техпроцессе FinFET.

Источник изображения: NXP Semiconductors

Поскольку автопроизводители активно наращивают выпуск программно-конфигурируемых моделей авто, существует необходимость в поддержке выпуска нескольких поколений программных обновлений для одной аппаратной платформы. В NXP Semiconductors считают, что их процессоры S32 в сочетании с быстрой высоконадёжной энергонезависимой оперативной памятью следующего поколения, производимой по 16-нм технологии FinFET, представляют собой идеальную аппаратную платформу для таких задач.

По словам NXP Semiconductors, память MRAM способна обновить 20 Мбайт программного кода примерно за 3 секунды. Для сравнения, флеш-памяти требуется порядка одной минуты для выполнения той же задачи. Таким образом, использование MRAM-памяти сводит к минимуму время простоя, связанное с обновлением программного обеспечения, и позволяет автопроизводителям устранять узкие места, возникающие из-за длительного времени программирования модулей. Кроме того, MRAM-память способна обеспечить до миллиона циклов перезаписи и её уровень надёжности в 10 раз выше, чем у флеш-памяти и других новых технологий памяти.

Программные OTA-обновления позволяют автопроизводителям расширять функциональность своих автомобильных линеек, повышая комфорт, безопасность и удобство их использования владельцами. Поскольку практика оснащения автомобилей программными функциями становится все более распространённой, частота выпуска обновлений этих функций будет только увеличиваться. На фоне этого скорость и надёжность памяти MRAM станут ещё более важными, отмечают в NXP Semiconductors.

Технология встраиваемой MRAM-памяти на основе 16-нм техпроцесса FinFET компании TSMC значительно превосходит все требования, диктуемые сферой автомобилестроения. Она поддерживает технологию пайки расплавлением дозированного припоя, выдерживает до миллиона циклов перезаписи, а также способна обеспечить сохранение записанных на неё данных в течение 20 лет при экстремальной температуре до 150 градусов Цельсия.