IMEC，加碼MRAM

據(jù)悉，Vertical Compute 已籌集 2000 萬歐元，用于將比利時(shí) imec（比利時(shí)微電子研究中心）開發(fā)的 MRAM 內(nèi)存計(jì)算芯片技術(shù)商業(yè)化。

該芯片預(yù)計(jì)將基于 imec 開發(fā)的自旋 MRAM 技術(shù)，該技術(shù)可將功耗降低 80%，并將 AI 大型語言模型的執(zhí)行速度提高 100 倍。

種子輪融資由 imec.xpand 領(lǐng)投，并得到 Eurazeo、XAnge、Vector Gestion 和 imec 的支持，該公司由首席執(zhí)行官 Sylvain Dubois（前谷歌員工）和首席技術(shù)官 Sebastien Couet（前 imec 員工）創(chuàng)立，他是自旋 MRAM 技術(shù)專家，并領(lǐng)導(dǎo) imec MRAM 項(xiàng)目。

imec 展示了一款可擴(kuò)展的自旋軌道轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (SOT-MRAM) 非易失性存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器基于主流的 300 毫米硅工藝制造，具有 2023 年公布的最佳性能。通過結(jié)合亞納秒切換、幾乎無限的耐久性和比 SRAM 更低的待機(jī)功耗，它可以取代 SRAM 作為 AI 應(yīng)用中的最后一級(jí)緩存，用于內(nèi)存計(jì)算。SOT-MRAM 位單元也可以做得比 SRAM 單元小得多，從而實(shí)現(xiàn)更高的位封裝密度。

2023 年國際電子設(shè)備會(huì)議上展示的 MRAM 設(shè)備的開關(guān)能量低于每位 100 飛焦耳，對(duì)于最后一級(jí)緩存應(yīng)用而言，耐久性為>1015。

「內(nèi)存技術(shù)在密度和性能擴(kuò)展方面都面臨限制，而處理器性能卻在不斷飆升。AI 工作負(fù)載的極端數(shù)據(jù)訪問要求加劇了這一挑戰(zhàn)，因此必須克服內(nèi)存壁壘才能實(shí)現(xiàn)下一波 AI 創(chuàng)新。我們相信，垂直發(fā)展是實(shí)現(xiàn) 100 倍收益的途徑，」Couet 說道。

Vertical Compute 總部位于比利時(shí)新魯汶，主要研發(fā)辦公室位于魯汶以及法國的格勒諾布爾和尼斯。該公司正在招募工程師，以將基于小芯片的技術(shù)商業(yè)化。「我們希望招募來自全歐洲最優(yōu)秀的人才，最終讓歐洲在技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，」Dubois 說道。

「這輪種子投資凸顯了對(duì)領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)能力的信心以及這項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)的顛覆性潛力。我們非常高興能與 Sylvain、Sebastien 及其團(tuán)隊(duì)合作，幫助他們實(shí)現(xiàn)雄心勃勃的目標(biāo)」，imec.xpand 的 Tom Vanhoutte 表示。

不只是 imec，當(dāng)下諸多研究機(jī)構(gòu)紛紛表示，看好 MRAM。

日前，大阪大學(xué)研究人員在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究 提出了一種用于 MRAM 設(shè)備、具有低能耗數(shù)據(jù)寫入的新技術(shù)。與目前基于電流的方法相比，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基于電場的寫入方案，能耗更低，有可能為傳統(tǒng) RAM 提供替代方案。

此外，臺(tái)積電、英特爾、三星、格芯、聯(lián)電等各大芯片廠商對(duì)于 MRAM 的布局，研發(fā)以及生產(chǎn)也在如火如荼地展開。

早在 2002 年，臺(tái)積電就與中國臺(tái)灣地區(qū)工研院簽訂了 MRAM 合作發(fā)展計(jì)劃。2018 年，臺(tái)積電進(jìn)行了 eMRAM 芯片的風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)，2019 年生產(chǎn)采用 22nm 制程的 eReRAM 芯片。

在 ISSCC 2020 上，臺(tái)積電又發(fā)布了基于 ULL 22nm CMOS 工藝的 32Mb 嵌入式 STT-MRAM。該技術(shù)基于臺(tái)積電的 22nm ULL（Ultra-Low-Leakage）CMOS 工藝，具有 10ns 的極高讀取速度，讀取功率為 0.8mA/MHz/bit。對(duì)于 32Mb 數(shù)據(jù)，它具有 100K 個(gè)循環(huán)的寫入耐久性，對(duì)于 1Mb 數(shù)據(jù)，具有 1M 個(gè)循環(huán)的耐久性。它支持在 260°C 下進(jìn)行 90s 的 IR 回流焊，在 150°C 下 10 年的數(shù)據(jù)保存能力。它以 1T1R 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)單元面積僅為 0.046 平方微米，25°C 下的 32Mb 陣列的漏電流僅為 55mA。

2022 年 6 月，中國臺(tái)灣工研院與臺(tái)積電合作開發(fā)的低壓電流 SOT-MRAM，具有高寫入效率和低寫入電壓的特點(diǎn)，其 SOT-MRAM 實(shí)現(xiàn)了 0.4 納秒的寫入速度和 7 萬億次讀寫的高耐久度，還可提供超過 10 年的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壽命。

2024 年，臺(tái)積電攜手工研院宣布成功研發(fā)出自旋軌道轉(zhuǎn)矩磁性存儲(chǔ)器（SOT-MRAM）陣列芯片，標(biāo)志著在下一代 MRAM 存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。這一創(chuàng)新產(chǎn)品不僅采用了先進(jìn)的運(yùn)算架構(gòu)，而且其功耗僅為同類技術(shù) STT-MRAM 的 1%。

三星自 2019 年起，開始量產(chǎn) 28nm 嵌入式 MRAM，2002 年三星宣布開始 MRAM 的開發(fā)計(jì)劃。2005 年三星又率先開始了 STT-MRAM 的研發(fā)，該技術(shù)后來被證明可以滿足高性能計(jì)算領(lǐng)域?qū)ψ詈笠患?jí)緩存的性能要求，被認(rèn)為是突破利基市場的利器。在未來兩三年內(nèi)，將進(jìn)入更大規(guī)模的量產(chǎn)。

不甘落后的 SK 海力士、英特爾、格芯也掌握了 22nm 嵌入式 MRAM 的量產(chǎn)工藝。MRAM 正式進(jìn)入 10nm 工藝制程之后，摩爾定律似乎就失效了，處理器性能翻一倍所需時(shí)間由原來的兩年延至三年，半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到了技術(shù)瓶頸。而與此同時(shí)，以 MRAM 為代表的自旋芯片卻在快速發(fā)展。