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[導(dǎo)讀] 　　長久以來，我們這些缺乏耐性的人，一直期待著所有消費(fèi)電子產(chǎn)品的開機(jī)時(shí)間能盡量縮短，愈快愈好。剛剛才打入消費(fèi)市場的固態(tài)硬盤（SSD），已經(jīng)能大幅縮減用戶等待開機(jī)或?qū)C(jī)

關(guān)鍵詞：MRAM拆解閃存

　　長久以來，我們這些缺乏耐性的人，一直期待著所有消費(fèi)電子產(chǎn)品的開機(jī)時(shí)間能盡量縮短，愈快愈好。剛剛才打入消費(fèi)市場的固態(tài)硬盤（SSD），已經(jīng)能大幅縮減用戶等待開機(jī)或?qū)C(jī)器從睡眠中喚醒的時(shí)間，事實(shí)上，SSD已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)極短時(shí)間的開機(jī)，或是瞬間喚醒機(jī)器。

　　目前，SSD仍然以非揮發(fā)性存儲(chǔ)器（NVM）為主，主要采用閃存。盡管與傳統(tǒng)硬盤相比，閃存的速度提高了好幾個(gè)數(shù)量級，但今天在使用SSD開機(jī)時(shí)還需要等待一會(huì)兒。這也暴露出一個(gè)事實(shí)──在與ROM或DRAM相比時(shí)，閃存的讀取速度顯然遜色許多。

　　2000年中，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器領(lǐng)域出現(xiàn)了一匹黑馬──磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM），它強(qiáng)調(diào)高可靠性、趨近無限的使用壽命、低功耗、更廣的工作溫度范圍，而且更重要的是，它的讀取時(shí)間快到能媲美DRAM。這些特性讓MRAM成為眾所矚目的焦點(diǎn)，吸引數(shù)家公司投入開發(fā)，希望制造出在密度和速度方面都能與其他主流非揮發(fā)性存儲(chǔ)器競爭的嶄新元件。Everspin正是其中一家企業(yè)，該公司已經(jīng)推出商用化的MRAM產(chǎn)品。

　　磁穿隧結(jié)（Magnetic Tunnel Junction， MTJ）是在MRAM儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)MTJ是由兩個(gè)被薄型隧穿介電質(zhì)隔開的磁性層所組成。數(shù)據(jù)會(huì)在磁性層上依照磁化向量的方向儲(chǔ)存。位于一個(gè)磁化層上的磁性向量是磁性固定（magnetically fixed）或被固定（pinned）的，此時(shí)其他層則是磁性自由，可在相同和相反方向之間進(jìn)行切換，分別稱之為“平行”或“反平行”狀態(tài)。當(dāng)在固定和自由層之間施加小的偏置電壓時(shí)，隧穿電流便會(huì)流經(jīng)位于中間的薄介電層。而其磁性存儲(chǔ)器單元會(huì)透過響應(yīng)平行和反平行狀態(tài)，呈現(xiàn)出兩種不同的阻值。因此，藉由檢測電阻變化，MRAM元件便能提供儲(chǔ)存在磁性存儲(chǔ)器單元中的數(shù)據(jù)。

　　圖1：Everspin MRAM封裝的X光圖片

　　MTJ結(jié)構(gòu)被整合到另一個(gè)典型CMOS積體電路的互連部份。在寫入過程中，選定的MTJ會(huì)置于所選擇的寫入字線和選定的位元線之間。當(dāng)電流經(jīng)過所選的字線和位元寫入線，便會(huì)在這些線的周圍建立磁場。而在選定MTJ的上磁場向量總和必須足夠切換狀態(tài)。不過，沿著選定的字線或位元寫入線產(chǎn)生的磁場也必須足夠小，以確保不會(huì)切換到俗稱的“半選”（half selected ） MTJ狀態(tài)。所謂半選狀態(tài)僅作用在所選擇的字線與位元寫入線周圍。

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本文導(dǎo)航

• 第 1 頁：神秘拆解：新一代MRAM能否取代閃存？

• 第 2 頁：自旋力矩MRAM是否能再縮短開機(jī)時(shí)間