Next-gen MRAM breakthrough can flip bits at SRAM-rivalling speeds with low power consumption — researchers claim true next-gen breakthrough using Tungsten layer | Tom's Hardware

پیشرفت حافظه MRAM نسل بعدی می‌تواند بیت‌ها را با سرعت‌های رقیب SRAM و مصرف انرژی پایین تغییر دهد

یک تیم تحقیقاتی بین‌موسسه‌ای مقاله‌ای منتشر کرده است که در آن جزئیات پیشرفتی در توسعه حافظه MRAM (Magnetic Random-Access Memory) ارائه شده است. طبق یک پست وبلاگی که توسط دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ (NYCU) تایوان، که پیشگام این تلاش‌ها بوده است، منتشر شده، آنها موفق شده‌اند بر یک چالش بزرگ که مانع توسعه و پذیرش این نوع حافظه غیرفرار می‌شد، غلبه کنند. محققان ادعا می‌کنند که حافظه دسترسی تصادفی مغناطیسی گشتاور اسپین-مدار (SOT-MRAM) آنها یک پیشرفت واقعی نسل بعدی است، زیرا سرعت سوئیچینگ حدود 1 نانوثانیه و حفظ داده‌ها برای بیش از 10 سال را در میان مزایای متعدد خود ارائه می‌دهد.

این آخرین توسعه SOT-MRAM حاصل همکاری بین‌موسسه‌ای بین دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ (NYCU) تایوان، شرکت پیشرو تولید تراشه TSMC، موسسه تحقیقات فناوری صنعتی (ITRI) تایوان، مرکز ملی تحقیقات تابش سنکروترون (NSRRC) در تایوان، دانشگاه استنفورد و دانشگاه ملی چونگ هسینگ (NCHU) در تایوان است. ما پیشرفت‌های قبلی همین تیم را در ساخت یک تراشه آرایه SOT-MRAM (ژانویه 2024) پوشش داده بودیم، اما از آن زمان تاکنون پیشرفت‌های زیادی حاصل شده است.

لایه تنگستن

پیشرفت کلیدی ارائه شده در مقاله اخیر، معرفی یک لایه تنگستن برای تولید جریان‌های اسپین است. به طور خاص، تیم موفق شد فاز بتا نادر تنگستن را تثبیت کند، که برای افزایش عملکرد بسیار حیاتی است – و برای تولید انبوه نهایی دستگاه‌های SOT-MRAM حتی مهم‌تر خواهد بود.

سال گذشته، ما اشاره کردیم که SOT-MRAM دانشگاه NYCU قادر به تأخیرهایی تا 10 نانوثانیه بود. اکنون، آزمایش‌های انجام شده بر روی یک آرایه 64 کیلوبایتی که توسط دانشمندان ساخته شده، نشان می‌دهد که این تأخیر به حدود 1 نانوثانیه بهبود یافته و با SRAM رقابت می‌کند. برای درک بیشتر، این سرعت کمی سریع‌تر از DRAM (DDR5 دارای تأخیر حدود 14 میلی‌ثانیه است) و به طور قابل توجهی سریع‌تر از 3D TLC NAND (که دارای تأخیرهای خواندن بین 50 تا 100 میکروثانیه است) می‌باشد.

با این حال، فراموش نکنید که این SOT-MRAM جدید مزایای غیرفرار بودن را به همراه دارد. سایر پیشرفت‌های برجسته ارائه شده توسط آخرین نمونه دستگاه SOT-MRAM عبارت بودند از:

سرعت‌های سوئیچینگ فوق‌العاده سریع (به سرعت یک نانوثانیه)
حفظ داده‌ها برای بیش از 10 سال
مقاومت مغناطیسی تونلی 146%
مصرف انرژی پایین، مناسب برای کاربردهای حساس به انرژی

کبالت نیز

مقاله تحقیقاتی نشان می‌دهد که “قرار دادن لایه‌های نازک کبالت می‌تواند برای تثبیت تنگستن بتا تحت شرایط حرارتی سازگار با فرآیندهای پس از تولید (back-end-of-line) استفاده شود.” با لایه‌های کامپوزیت جدید، SOT-MRAM برای مقاومت در برابر دماهای شدید (تا 400 درجه سانتی‌گراد) به مدت 10 ساعت و حتی 700 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه آزمایش شد.

قابلیت تحویل و کاربردها

با حضور دانشمندان TSMC در میان همکاران، جای تعجب نیست که این دستگاه‌های SOT-MRAM جدید برای یکپارچه‌سازی در مقیاس بزرگ تحت فرآیندهای موجود سازگار با صنعت نیمه‌هادی طراحی می‌شوند. تقریباً به ناچار، SOT-MRAM اکنون برای بازار مراکز داده هوش مصنوعی و همچنین کاربردهای محاسباتی کم‌مصرف در لبه (edge computing) معرفی می‌شود، جایی که سرعت و غیرفرار بودن نیز به تسریع پذیرش کمک خواهد کرد.