今日主流內(nèi)存技術(shù)的末日即將來(lái)臨？一家專精自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取內(nèi)存(spin transfer torque random access memory， STT-RAM)的美國(guó)硅谷新創(chuàng)公司 Grandis 日前發(fā)表了更新的產(chǎn)品藍(lán)圖，并宣示以這種新一代 MARM 取代 DRAM 甚至 NAND 閃存的雄心。

不過(guò)有分析師指出，已被改變到某個(gè)程度的 Grandis 藍(lán)圖，意味著新內(nèi)存技術(shù)可能會(huì)花上比預(yù)期更久的時(shí)間問(wèn)世。

總部在加州Milpitas的 Grandis 是一家IP與組件供貨商，該公司開發(fā)的 STT-RAM 技術(shù)號(hào)稱結(jié)合了 DRAM 的成本優(yōu)勢(shì)、 SRAM 的快速讀寫性能以及閃存的非揮發(fā)性，能解決第一代磁場(chǎng)交換式 MARM 的主要缺點(diǎn)。

Grandis 總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)Farhad Tabrizi最近在接受EETimes美國(guó)版編輯專訪時(shí)，對(duì)其企圖心毫不諱言：“我們正專注在將 STT-RAM 推向商業(yè)化?！彼赋觯骸?STT-RAM 有龐大的市場(chǎng)潛力成為通用、可擴(kuò)展的內(nèi)存，它能在45納米節(jié)點(diǎn)取代嵌入式 SRAM 以及閃存，在32納米節(jié)點(diǎn)取代DRAM，最終成為NAND的替代品?！?/p>

但市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Forward Insights的分析師Gregory Wong認(rèn)為，Grandis的STT-RAM雖是一種具潛力的技術(shù)，但該公司是否能達(dá)到其目標(biāo)還有待時(shí)間觀察：“STT-RAM是否能取代DRAM或 NAND是一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)問(wèn)題?！?/p>

多年來(lái)，包括鐵電內(nèi)存(FeRAM)、磁性內(nèi)存(MRAM)、相變化內(nèi)存與電阻式內(nèi)存(RRAM)等各種內(nèi)存的開發(fā)者，都各自宣稱他們的技術(shù)最終將成為通用內(nèi)存，并取代現(xiàn)有的內(nèi)存技術(shù)。但大多數(shù)新一代內(nèi)存都無(wú)法準(zhǔn)時(shí)上市，也無(wú)法達(dá)到所宣稱的效果。再加上現(xiàn)有內(nèi)存技術(shù)也持續(xù)升級(jí)，更排除了市場(chǎng)對(duì)新一代內(nèi)存的需求。

“諸如FRAM、MRAM與相變化內(nèi)存等技術(shù)，都有很大的機(jī)會(huì)取代現(xiàn)有內(nèi)存；而唯一所需的就是將成本降到低于現(xiàn)有內(nèi)存的水平。這聽起來(lái)很簡(jiǎn)單，實(shí)際上非常困難，是阻礙這些技術(shù)達(dá)到臨界值量的一大挑戰(zhàn)?！監(jiān)bjective-Analysis的分析師Jim Handy表示。

在這些內(nèi)存技術(shù)中，MRAM的聲勢(shì)突然高漲；MRAM是一種利用電子自旋的磁性提供非揮發(fā)性的內(nèi)存，這種技術(shù)據(jù)說(shuō)有無(wú)限的耐久性。但到目前為止，MRAM被證實(shí)很難達(dá)到大量生產(chǎn)。

STT-RAM 算是第二代的磁性隨機(jī)存取內(nèi)存技術(shù)，且號(hào)稱解決了部分傳統(tǒng)MRAM架構(gòu)所遭遇的問(wèn)題。現(xiàn)今大多數(shù)MRAM寫入數(shù)據(jù)的原理，是透過(guò)利用一道電流通過(guò)鄰近穿隧磁阻(tunneling magnetoresistive，TMR)組件之電線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，來(lái)改變其磁性；Grandis指出，這種機(jī)制的運(yùn)作速度快，但十分耗電，而該公司則開發(fā)出一種完全不同的方法。

目前打算投入MRAM領(lǐng)域的公司還包括Avalanche、Crocus Technology、Hynix、IBM-TDK、Renesas、Samsung與Toshiba等等，但到目前為止市場(chǎng)上只有一家公司的MRAM產(chǎn)品，即從Freescale Semiconductor獨(dú)立而出的Everspin Technologies。

Everspin 最近表示，該公司迄今最高容量的16Mbit MRAM產(chǎn)品已經(jīng)開始送樣，適合工業(yè)與嵌入式等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)保存相關(guān)應(yīng)用，可望取代電池供電的SRAM或是相關(guān)的離散式解決方案，可能受威脅的廠商包括 Cypress、ISSI、Maxim、ST、TI等。

在Grandis 這廂，該公司計(jì)劃授權(quán)技術(shù)，或是生產(chǎn)采用STT-RAM的獨(dú)立組件。其STT機(jī)制是采用自旋極化(spin-polarized)電流來(lái)切換磁位，據(jù)說(shuō)這種方法的耗電量較低，可擴(kuò)展性也較大；STT-RAM寫入數(shù)據(jù)的原理，是藉由校準(zhǔn)通過(guò)TMR組件的電子自旋方向。

在2005年，Renesas取得Grandis 的IP授權(quán)著手開發(fā)STT-RAM的嵌入式應(yīng)用；接下來(lái)到2008年，Hynix也取得Grandis 的IP授權(quán)，準(zhǔn)備開發(fā)單機(jī)式的STT-RAM應(yīng)用方案。Grandis目前在自家晶圓廠為Hynix試產(chǎn)，并宣布設(shè)置了12吋晶圓磁隧道結(jié)(MTJ)生產(chǎn)線；根據(jù)業(yè)界消息，Hynix也在韓國(guó)的晶圓廠試產(chǎn)STT-RAM。

今年Grandis也達(dá)成了與美國(guó)國(guó)防部高等研究計(jì)劃局(DARPA)合約的第一階段，包括以低于0.25 pJ 的耗電量示范STT-RAM寫入數(shù)據(jù)，以及5奈秒(nanosecond)的讀寫速度、高于60 kBT的熱穩(wěn)定性，以及在相同位上、加總預(yù)計(jì)耐力達(dá)到1,016次讀寫周期。該公司表示，事實(shí)上他們達(dá)到的讀寫速度范圍是在1奈秒到20奈秒之間。

最近Grandis還開發(fā)了一款90納米制程、256kbit的組件；其寫入電流高于200 microAmps，讀寫速度20奈秒，耐久性為1,013次周期。根據(jù)該公司的藍(lán)圖，今年他們打算推出64-megabit版本的STT-RAM，采用 54納米制程技術(shù)、單位尺寸為14F2，期望能取代嵌入式SRAM。

接下來(lái)到2011年，Grandis更希望能發(fā)表采用45納米制程、8F2單元尺寸的1Gbit產(chǎn)品，以取代嵌入式NOR、PSRAM與行動(dòng) RAM。到了2012年，該公司則希望能完成32納米制程、6F2單位尺寸的2Gbit與4Gbit產(chǎn)品，以取代現(xiàn)今的DRAM；而屆時(shí)的DRAM應(yīng)該已經(jīng)進(jìn)展到采用30納米以下制程。

再來(lái)到2014年，Grandis期望可發(fā)表22納米制程、4F2單元尺寸的4Gbit與8Gbit產(chǎn)品，并在某些特定應(yīng)用上取代今日的NAND。 “我們不預(yù)期可在五年內(nèi)取代NAND；”身為公司執(zhí)行長(zhǎng)，Tabrizi預(yù)見STT-RAM將涉足高階企業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域：“終有一天，STT-RAM可能被用以做為能與NAND閃存匹敵的儲(chǔ)存級(jí)(storage-class)內(nèi)存?！?/p>

Grandis指出，在短期之內(nèi)，STT-RAM能在行動(dòng)應(yīng)用中以單芯片取代MCP形式的內(nèi)存，是一種具潛力的技術(shù)。Forward Insights的Wong則以分析師角度表示，該種內(nèi)存在特性上屬于非揮發(fā)性RAM，與傳統(tǒng)MTJ MRAM相較，寫入電流低了許多、制程微縮的范圍也更大，不過(guò)卻需要更薄的穿隧阻障層(tunnel barrier)，該種介質(zhì)的厚度與一致性是關(guān)鍵。

Wong以Grandis的上一版產(chǎn)品藍(lán)圖作為比較，指出該公司的技術(shù)發(fā)展時(shí)程其實(shí)稍微有些落后：“我有一份該公司以2007年為起點(diǎn)的舊版藍(lán)圖，他們?cè)疽诮衲臧l(fā)表45納米、12F2產(chǎn)品，但卻推遲到了2011年?！?/p>

他并指出，Grandis的技術(shù)有希望挑戰(zhàn)DRAM，但要取代NAND則又是另一回事：「STT-RAM需要至少為縮到6F2單元尺寸，才有機(jī)會(huì)超越DRAM一個(gè)世代；而NAND的挑戰(zhàn)性又更高了，因?yàn)槟壳霸摷夹g(shù)的MLC版本是次6F2單元尺寸、每單位3位(three-bits-per- cell)?！?/p>