© anthony bolan dreamstime.com
Technologie |
Rysunek 1. Struktura pMTJ i komórki pamięci SST-MRAM
W poprzednich implementacjach MRAM zwiększenie bariery energetycznej w celu zwiększenia retencji wymagało proporcjonalnego zwiększenia prądu zapisu, prowadząc do większego zużycia energii i znacznie szybszego zużycia złącza pMTJ (niższa wytrzymałość). Struktura PSC jest przełomowa, ponieważ skutecznie oddziela barierę energii statycznej, która określa czas przechowywania, od dynamicznych procesów przełączania, które regulują prąd przełączania. W rezultacie, dodanie struktury PSC do dowolnego pMTJ powoduje powstanie:
• Bariery o wyższej energii, gdy przez pMTJ nie przepływa prąd – co jest idealne do przechowywania danych przez długi czas.
• Zwiększonej polaryzacji spinów, w momencie gdy płynie prąd a pamięć zapisuje nowy stan – co jest idealne do minimalizacji prądu przełączania oraz znacznie wydłuża żywotność pamięci.
Rysunek 2. Modułowa budowa złącza pMTJ ze strukturą PSC
Struktura PSC została zaprojektowana od podstaw, w taki sposób aby była modułowa i umożliwiała naniesienie na dowolne pMTJ. Wytwarzana jest podczas procesu osadzania pMTJ zwiększając całkowitą grubość ogólnego stosu o około 4 nm. Struktura jest kompatybilna z szeroką gamą standardowych procesów produkcyjnych MRAM, materiałów i narzędzi - umożliwiając dowolnej fabryce na łatwe włączenie struktury PSC do istniejących stosów pMTJ bez zwiększania złożoności procesów lub kosztów produkcji.
Testowanie struktury PSC przez Spin Transfer Technologies obejmowało porównywanie wydajności tych samych złączy pMTJ ze strukturą PSC i bez niej, dla dużej liczby urządzeń w układach testowych CMOS, w różnych temperaturach i dla różnych średnic. Testy wykazały dużą przewagę wydajności w przypadku zastosowania struktury PSC, zarówno podczas zapisywania stanów pamięci o niskiej rezystancji – logiczne „0”, jak i wysokiej – logiczna „1”. Poniżej zestawiono zebrane rezultaty:
• Zwiększenie efektywności momentu obrotowego nawet o 70 procent.
• Wzrost wydajności w zakresie rozmiarów (od 40 do 60 nm) i temperatur (od 30 °C do 125 °C).
• Zwiększenie barier termicznych o 50 procent, co odpowiada wydłużeniu czasu retencji danych o ponad cztery rzędy wielkości, przy jednoczesnym zmniejszeniu prądu przełączania.
• Zmniejszenie poziomu błędu odczytu do pięciu rzędów wielkości.
Uzyskane dane wskazują na znaczny potencjał w stosowaniu nowej struktury PSC do aplikacji wymagających znacznych prędkości przetwarzania danych oraz wytrzymałości temperaturowej. Dodatkowo, wydajność struktury PSC wzrasta wraz ze zmniejszaniem się złącza pMTJ. Dzięki temu możliwe będzie powstanie nowych technologii dla pamięci wbudowanych SRAM wytwarzanych w najnowszych procesach 7 nm i 5 nm.
Obecnie istnieje ogromne zapotrzebowanie na pamięć nieulotną, o wytrzymałości SRAM, ale o większej gęstości i niższym poborze mocy. Opracowana przez firmę Spin Transfer Technologies struktura PSC w niedługim czasie przyczyni się do większego rozpowszechnienia pamięci STT-MRAM, będąc jednocześnie bardzo atrakcyjną alternatywą dla SRAM i DRAM w najbardziej nowoczesnych i zaawansowanych aplikacjach.
© SpinTransfer
Przełomowa technologia PSC dla pamięci MRAM od Spin Transfer Technologies
Pamięć jest jednym z najważniejszych elementów definiującym każdy istniejący obecnie system komputerowy, pamięć masową czy urządzenie mobilne. Wydajność pamięci, jej skalowalność, niezawodność oraz koszty produkcji są głównymi kryteriami decydującymi o sukcesie ekonomicznym lub porażce dzisiejszych produktów wprowadzanych na rynek.
Projektujesz elektronikę? Zarezerwuj 4 października 2018 roku na największą w Polsce konferencję dedykowaną projektantom, Evertiq Expo Kraków 2018. Przeszło 60 producentów i dystrybutorów komponentów do Twojej dyspozycji, ciekawe wykłady i świetna, twórcza atmosfera. Jesteś zaproszony, wstęp wolny: kliknij po szczegóły.Niemal wszystkie dzisiejsze produkty wykorzystują jedną lub kombinację ulotnych pamięci DRAM i SRAM oraz nieulotnych pamięci flash typu NOR lub NAND. Obecnie stosowane rozwiązania mają znaczące zalety, które doprowadziły do ich dominacji na rynku w ciągu ostatnich 30 lat. Mają również swoje wady, które rzucają cień na ich przyszłość. Branża technologiczna od zawsze szukała przełomowych rozwiązań na stworzenie wydajnej pamięci, a nowe aplikacje, takie jak AI, VR i IoT, dodatkowo napędzają to zapotrzebowanie. Powstające systemy muszą być coraz szybsze, mniejsze, bardziej niezawodne i tańsze, aby skutecznie konkurować. W ostatnich latach na rynku pojawiły się nowe technologie pamięci, w tym STT-MRAM (Spin-Transfer Torque Magnetoresistive RAM), która obiecała wysoką wydajność, niskie zużycie energii i nieograniczoną wytrzymałość. Firma Spin Transfer Technologies, główny twórca zaawansowanej technologii pamięci magnetycznych STT-MRAM, w celu spełnienia tych oczekiwań opracował własną strukturę PSC (Precesional Spin Current), której zadaniem jest zwiększenie gęstości i wydajności oraz ograniczenie wycieków w pamięciach typu STT-MRAM. Wyniki niedawno przeprowadzonych i zaawansowanych testów nowej konstrukcji PSC potwierdziły, że zwiększy ona efektywność momentu obrotowego (spinu) dowolnego urządzenia MRAM od 40% do 70%. Oznacza to nie tylko większe możliwości przechowywania danych, ale także mniejsze zużycie energii. Wzmocnienie to przekłada się na ponad 10 000 krotne wydłużenie czasów przechowywania danych (retencji). Innymi słowy jednogodzinna retencja stanie się dłuższa niż jednoroczna, przy jednoczesnym zmniejszaniu prądu zapisu. Technologie SRAM, które są obecnie standardem rynkowym w każdym układzie logicznym, zaczynają dostrzegać granice miniaturyzacji i wydajności, hamując wzrost w takich dziedzinach jak IoT i AI. Podobnie DRAM, wykorzystywana w centrach danych i urządzeniach mobilnych, jest stosunkowo droga w produkcji i powoduje coraz większy wzrost zapotrzebowania na zasilanie. Struktura PSC została zaprojektowana, aby umożliwić STT-MRAM rozwiązanie wymienionych problemów i zastąpienie pamięci SRAM i DRAM w aplikacjach mobilnych, centrach danych i sztucznej inteligencji, a także w celu poprawy retencji i wydajności w zastosowaniach motoryzacyjnych pracujących w wysokich temperaturach. Efektywność wirującego momentu obrotowego jest jedną z podstawowych charakterystyk wydajności złącza pMTJ (prostopadłe magnetyczne złącze tunelowe - bit, który przechowuje logiczny stan pamięci w MRAM-ie) i jest definiowany przez stosunek bariery termicznej retencji, mierzony jako czas danych, które mogą być niezawodnie przechowywane w pamięci, a prądem przełączania niezbędnym do zmiany wartości bitu.© Evertiq
Rysunek 1. Struktura pMTJ i komórki pamięci SST-MRAM
W poprzednich implementacjach MRAM zwiększenie bariery energetycznej w celu zwiększenia retencji wymagało proporcjonalnego zwiększenia prądu zapisu, prowadząc do większego zużycia energii i znacznie szybszego zużycia złącza pMTJ (niższa wytrzymałość). Struktura PSC jest przełomowa, ponieważ skutecznie oddziela barierę energii statycznej, która określa czas przechowywania, od dynamicznych procesów przełączania, które regulują prąd przełączania. W rezultacie, dodanie struktury PSC do dowolnego pMTJ powoduje powstanie:
• Bariery o wyższej energii, gdy przez pMTJ nie przepływa prąd – co jest idealne do przechowywania danych przez długi czas.
• Zwiększonej polaryzacji spinów, w momencie gdy płynie prąd a pamięć zapisuje nowy stan – co jest idealne do minimalizacji prądu przełączania oraz znacznie wydłuża żywotność pamięci.
Rysunek 2. Modułowa budowa złącza pMTJ ze strukturą PSC
Struktura PSC została zaprojektowana od podstaw, w taki sposób aby była modułowa i umożliwiała naniesienie na dowolne pMTJ. Wytwarzana jest podczas procesu osadzania pMTJ zwiększając całkowitą grubość ogólnego stosu o około 4 nm. Struktura jest kompatybilna z szeroką gamą standardowych procesów produkcyjnych MRAM, materiałów i narzędzi - umożliwiając dowolnej fabryce na łatwe włączenie struktury PSC do istniejących stosów pMTJ bez zwiększania złożoności procesów lub kosztów produkcji.
Testowanie struktury PSC przez Spin Transfer Technologies obejmowało porównywanie wydajności tych samych złączy pMTJ ze strukturą PSC i bez niej, dla dużej liczby urządzeń w układach testowych CMOS, w różnych temperaturach i dla różnych średnic. Testy wykazały dużą przewagę wydajności w przypadku zastosowania struktury PSC, zarówno podczas zapisywania stanów pamięci o niskiej rezystancji – logiczne „0”, jak i wysokiej – logiczna „1”. Poniżej zestawiono zebrane rezultaty:
• Zwiększenie efektywności momentu obrotowego nawet o 70 procent.
• Wzrost wydajności w zakresie rozmiarów (od 40 do 60 nm) i temperatur (od 30 °C do 125 °C).
• Zwiększenie barier termicznych o 50 procent, co odpowiada wydłużeniu czasu retencji danych o ponad cztery rzędy wielkości, przy jednoczesnym zmniejszeniu prądu przełączania.
• Zmniejszenie poziomu błędu odczytu do pięciu rzędów wielkości.
Uzyskane dane wskazują na znaczny potencjał w stosowaniu nowej struktury PSC do aplikacji wymagających znacznych prędkości przetwarzania danych oraz wytrzymałości temperaturowej. Dodatkowo, wydajność struktury PSC wzrasta wraz ze zmniejszaniem się złącza pMTJ. Dzięki temu możliwe będzie powstanie nowych technologii dla pamięci wbudowanych SRAM wytwarzanych w najnowszych procesach 7 nm i 5 nm.
Obecnie istnieje ogromne zapotrzebowanie na pamięć nieulotną, o wytrzymałości SRAM, ale o większej gęstości i niższym poborze mocy. Opracowana przez firmę Spin Transfer Technologies struktura PSC w niedługim czasie przyczyni się do większego rozpowszechnienia pamięci STT-MRAM, będąc jednocześnie bardzo atrakcyjną alternatywą dla SRAM i DRAM w najbardziej nowoczesnych i zaawansowanych aplikacjach.
© SpinTransfer
