MRAM

　　MRAM簡介

　　隨著材料學的不斷進步, 一種新的磁阻內存(MRAM)正在吸引人們的目光。盡管還只是在實驗室存在,但是這種高速內存技術已經被視為DRAM內存的接班人，將會把“等待”這個詞徹底從電腦用戶的詞典中去掉。

　　DRAM的原理

　　你是否很久以來都認為開機之后看著Windows進度條一次次滾過，爾后登錄、打開桌面這樣的過程是理所當然？

　　之所以每次開機時操作系統(tǒng)都需要重新做一遍內存初始化的操作，是因為現在普遍使用的內存都采用的是動態(tài)隨機存取技術(DRAM)的內存，像SDRAM、DDR和DDR II都屬于這種內存。使用了DRAM技術的內存的一個重要特點就是它們屬于揮發(fā)性內存(volatile memory)，也就是說一旦斷電，它里面的數據就會消失。換句話說，DRAM內存里面的數據之所以能夠存在，實際上是依靠不斷供電來刷新才得以保持的。

　　所以，操作系統(tǒng)在每次開機的時刻，總需要把一系列系統(tǒng)本身要使用的數據再次寫入內存，這就是開機等待時間里操作系統(tǒng)完成的工作。對于DRAM內存來說，如果要免除這個過程，供內存刷新的電力是不能斷的。所謂的休眠(sleep)，實際上計算機還在繼續(xù)耗電，只不過是比正常運行時少一些罷了。

　　然而，東芝集團近日在美國佛羅里達州的坦帕市(Tampa)卻向公眾展示了一種新型內存——磁阻內存(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)，它的出現將使得這種情況成為過去。

　　磁阻內存和DRAM內存采用了完全不同的原理。DRAM內存用以表示"0"和"1"的方式是判斷電容器中的電量多少來進行的，它不僅需要保持通電，還需要周期性地給電容充電才能保證內容不丟。而磁阻內存的存儲原理則完全不使用電容，它采用兩塊納米級鐵磁體，在界面上用一個非磁金屬層或絕緣層來夾持一個金屬導體的結構。通過改變兩塊鐵磁體的方向，下面的導體的磁致電阻(magnetoresistance)就會發(fā)生變化。電阻一旦變大，通過它的電流就會變小，反之亦然。

　　因此，只需用一個三極管來判斷加電時的電流數值就能夠判斷鐵磁體磁場方向的兩種不同狀態(tài)來區(qū)分"0"和"1"了。由于鐵磁體的磁性幾乎是永遠不消失的，因此磁阻內存幾乎可以無限次地重寫。而鐵磁體的磁性也不會由于掉電而消失，所以它并不像一般的內存一樣具有揮發(fā)性，而是能夠在掉電以后繼續(xù)保持其內容的。

　　磁阻內存的前世今生

　　磁阻內存的概念幾乎是和磁盤記錄技術同時被提出來的。但是眾所周知，內存讀寫的速度需要達到磁盤讀寫的速度的100萬倍，所以不能直接使用磁盤記錄技術來生產內存。磁阻內存的設計看起來并不復雜，但是對材料的要求比較高。

　　磁致電阻現象雖然150年前就由英國科學家威廉·湯姆森(Williams Thomson)發(fā)現，但是對于一般的材料而言，它是比較微弱的一種效應。也就是說，由于磁場變化帶來的電阻變化并不顯著，在電阻變化小于40%的時候，用三極管很難判斷出來本來就很微小的電流變化。

　　不過，最近的材料和工藝的進步使得該技術有了突破性的進展，1995年摩托羅拉公司(后來芯片部門獨立成為飛思卡爾半導體)演示了第一個MRAM芯片，并生產出了1MB的芯片原型。

　　2007年，磁記錄產業(yè)巨頭IBM公司和TDK公司合作開發(fā)新一代MRAM，使用了一種稱為自旋扭矩轉換(spin-torque-transfer , STT)的新型技術，利用放大了的隧道效應(tunnel effect)，使得磁致電阻的變化達到了1倍左右。而此次東芝展出的芯片也正是利用了STT技術，只是進一步地降低了芯片面積，在一枚郵票見方的芯片上做出了1GB內存，這也使得世界看到了磁阻內存的威力——它的記錄密度是DRAM的成百上千倍，速度卻所有現有的內存技術都要快。大密度、快訪問、極省電、可復用和不易失是磁阻內存的五大優(yōu)點，這使它在各個方面都大大超過了現有的甚至正在研發(fā)的存儲技術——閃存太慢、SRAM和DRAM易揮發(fā)、鐵電存儲可重寫次數有限、晶相存儲不易控制溫度……MRAM可以說是集各個技術的優(yōu)點于一身的高質量產品。

　　目前，MRAM已經在通信、軍事、數碼產品上有了一定的應用。2008年，日本的SpriteSat衛(wèi)星就宣布使用飛思卡爾半導體公司生產的MRAM替換其所有的閃存元件。預計在今后的一、兩年里，它就能夠實現量產，我們在打開計算機時，也就不再需要等待了。