TSMC створила покращену магніторезистивну пам’ять

Компанія TSMC разом із вченими Тайванського НДІ промислових технологій (ITRI) представила спільно розроблену пам’ять SOT-MRAM. Новий пристрій призначений для обчислень у пам’яті і для застосування в якості кеша верхніх рівнів. Нова пам’ять швидше за DRAM і зберігає дані навіть після відключення живлення, і вона покликана замінити пам’ять STT-MRAM, споживаючи при роботі в 100 разів менше енергії.

На роль кеш-пам’яті верхніх рівнів (від L3 і вище) та для обчислень у пам’яті, серед інших перспективних варіантів енергонезалежної пам’яті, тривалий час претендувала магніторезистивна пам’ять із записом за допомогою перенесення спінового моменту (STT-MRAM). Цей варіант пам’яті передавав намагніченість осередку, що запам’ятовує, через тунельний перехід за допомогою спин-поляризованого струму. За рахунок цього споживання енергії STT-MRAM виявилося кратно менше за споживання звичайної пам’яті MRAM, в якій запис здійснювався наведеним електромагнітним полем.

Пам’ять SOT-MRAM йде ще далі. Запис (намагніченість) осередку — шару феромагнетика — відбувається за допомогою спинорбітального обертального моменту. Ефект проявляється у провіднику в основі комірки в процесі комбінації двох явищ: спинового ефекту Холла та ефекту Рашби-Едельштейна. У результаті сусідній з провідником феромагнетик впливає індуковане магнітне поле з боку спинового струму в провіднику. Це призводить до того, що для роботи SOT-MRAM потрібно менше енергії, хоча реальні прориви ще попереду.

Маршрути струмів запису та читання для двох типів осередків MRAM. Джерело зображення: National University of Singapore

Інші переваги пам’яті SOT-MRAM полягають у роздільних схемах запису та читання, що позитивно позначається на продуктивності, а також збільшена стійкість до зносу.

«Цей елементарний осередок забезпечує одночасне низьке енергоспоживання та високошвидкісну роботу, досягаючи швидкості до 10 нс, — сказав доктор Ші-Чі Чанг, генеральний директор дослідницьких лабораторій електронних та оптоелектронних систем ITRI. — Її загальна обчислювальна продуктивність може бути додатково підвищена під час реалізації схемотехніки обчислень у пам’яті. Заглядаючи в майбутнє, можна сказати, що ця технологія має потенціал для застосування у високопродуктивних обчисленнях (HPC), штучному інтелекті (AI), автомобільних чіпах та багато іншого».

Пам’ять SOT-MRAM із затримками на рівні 10 нс виявляється ближчою до SRAM (затримки до 2 нс), ніж звичайна пам’ять DRAM із затримками до 100 нс і вище. І звичайно, вона істотно швидше за популярну сьогодні 3D NAND TLC із затримками від 50 до 100 мкс. Але в процесорах і контролерах пам’ять SOT-MRAM з’явиться не завтра і не післязавтра, як не затребувана та ж пам’ять STT-MRAM, яка розробляється понад 20 років. Все це майбутнє і не дуже близьке, хоча в цілому необхідне для ефективних обчислень у пам’яті та пристроїв з автономним живленням.