飛思卡爾擴展MRAM產品系列 引領非易失性存儲器未來

　　經常有人將磁阻RAM(MRAM，magnetor-esistive random access memory)稱作是非易失性存儲器(nvRAM, Non-Volatile RAM)在未來的關鍵性技術。作為一項非易失性存儲器技術，MRAM是可以在掉電時保留數據，并且不需要定期刷新。MRAM利用磁性材料和傳統(tǒng)的硅電路在單個器件中提供了SRAM的高速度和閃存的非易失性，它的壽命幾乎是沒有限制的 。MRAM器件可以用于高速緩沖器、配置內存和其他要求高速、耐用和非易失性的商業(yè)應用。

　　作為首家將MRAM 技術商業(yè)化的公司，飛思卡爾通過不斷推出經濟高效而且可靠的非易失性存儲器來長期引導市場發(fā)展。飛思卡爾2006年推出的MR2A16A 4Mbit 產品是全球首款商用MRAM器件，工作于商用級溫度范圍(0℃~+70℃)。

　　不久前，飛思卡爾半導體又成功推出全球首款3V 4Mbit的擴展溫度范圍(-40℃~+105℃)的非易失性RAM (nvRAM) 產品MR2A16AV，從而擴展了其獲獎磁電阻式隨機存儲器 (MRAM)的產品系列。飛思卡爾提供了新的擴展溫度范圍選擇，使MRAM可用于惡劣的應用環(huán)境，如工業(yè)、軍事、航空和和汽車應用設計等。在這類應用中，半導體產品必須能夠忍受惡劣的工作環(huán)境和極端的溫度范圍。

　　飛思卡爾還推出了一種1Mbit器件MR0A16A，擴展了商用MRAM 產品系列。該器件可為系統(tǒng)設計師提供另一種密度選擇，它針對的是主流嵌入式產品市場上的“最佳點(sweet spot)”。此外，飛思卡爾還計劃進一步擴展其MRAM產品系列，在2007年第三季度增加總共九種商用和工業(yè)用擴展溫度產品。

　　MRAM技術介紹

　　MRAM是一種非易失性的磁性隨機存儲器，所謂“非易失性”是指掉電后，仍可以保持存儲內容完整，此功能與FLASH閃存相同。而“隨機存取”是指處理器讀取資料時，不一定要從頭開始，隨時可用相同的速率，從內存的任何位置讀寫信息。MRAM中的存儲單元采用磁隧道結(MTJ)結構來進行數據存儲。MTJ由固定磁層、薄絕緣隧道隔離層和自由磁層組成。當向MTJ施加偏壓時，被磁層極化的電子會通過一個稱為穿遂(Tunneling)的過程，穿透絕緣隔離層。當自由層的磁矩與固定層平行時，MTJ結構具有低電阻;而當自由層的磁矩方向與固定層反向平行(anti-parallel)時，則具有高電阻。隨著設備磁性狀態(tài)的改變，電阻也會變化，這種現象就稱為磁阻，“磁阻”RAM也因此得名。

　　與大部分其他半導體存儲器技術不同，MRAM中的數據以一種磁性狀態(tài)(而不是電荷)存儲，并且通過測量電阻來感應，不會干擾磁性狀態(tài)。采用磁性狀態(tài)存儲有兩個主要優(yōu)點：(1)磁場極性不像電荷那樣會隨著時間而泄漏，因此即使在斷電的情況下，也能保持信息;(2)在兩種狀態(tài)之間轉換磁場極性時，不會發(fā)生電子和原子的實際移動，這樣也就不會有所謂的失效機制。在MRAM中使用的磁阻結構非常類似于在硬盤中使用的讀取方式。

　　如圖1所示，MRAM單元有兩條寫入線，還有讀取電流的路徑。晶體管導通用于檢測(讀取)，截止用于編程(寫入)。為了制造高密度存儲器，MRAM單元排列在一個陣列中，每個寫入線橫跨數百或數千個位，另有用于進行交叉點寫入的數據線和位線，以及字線控制的隔離晶體管，如圖2所示。在寫入操作中，電流脈沖通過數據線和位線，只寫入處在兩線交叉點上的位。在讀取操作中，目標位的絕緣晶體管被打開，MTJ上施加偏壓后，將產生的電流與參考值進行比較，以確定電阻狀態(tài)是低還是高。

圖1 1個晶體管,1個MTJ存儲器單元的圖解

圖2 包含MRAM單元的存儲器陣列

　　MRAM技術優(yōu)勢

　　與現有的Flash、SRAM、DRAM相比，MRAM由于擁有存取速度高、存取次數多、耗電量低及體積小、可嵌入且不會隨著時間的推移而丟失數據等特性，與現有的其他存儲產品相比在便攜式電子產品的應用上更具優(yōu)勢。

　　首先，由于MRAM是非易失性的，所以完全斷電后，它會保持數據。由于不需要背景刷新，MRAM能夠在非活動狀態(tài)下關閉。與DRAM相比，這可以大幅降低系統(tǒng)功耗。MRAM易于集成，能夠方便地嵌入到系統(tǒng)中去。與SRAM相比，由于MRAM的單元尺寸更小，所以MRAM將在成本競爭上處于優(yōu)勢。MRAM還是非易失性的，而對于SRAM而言，只有比較復雜和昂貴的電池備份解決方案才能實現這一功能。與閃存相比，MRAM的寫入性能更佳，因為它的穿遂模式不要求高電壓，并且MRAM的寫入速度相當快。MRAM在寫入周期中消耗的電流更少，寫入每個數據位所需的功耗比閃存低幾個數量級。MRAM的耐久性是無限的，沒有明顯或預知的磨損機制，而典型閃存的耐久性僅為105個寫入周期。

　　MR0A16A與MR2A16AV

　　飛思卡爾最近推出的MR0A16A是一種1Mbit的用于商用溫度范圍的3.3V異步存儲器，可存儲64K字(16位)，讀寫周期為35 ns，它采用標準的SRAM引腳，從而可以用同樣的封裝將內存從1Mb擴展到4Mb。該器件采用符合RoHS 要求的400-mil TSOP II型封裝，適合各種商業(yè)應用，如聯網、安全、數據存儲、游戲和打印機。

　　與之同時推出的飛思卡爾MR2A16AV是一種4Mbit，擴展溫度范圍的3.3V異步存儲器，可存儲256K字(16位)，讀寫周期為35 ns。它采用標準的SRAM引腳，可以兼容SRAM 和其他 nvRAM產品。該器件采用符合RoHS要求的400-mil TSOP II型封裝中，為工業(yè)自動化、運輸、軍事和航空應用的嚴苛環(huán)境提供了一種強大的NVM解決方案。

　　多次獲獎的MR2A16A

　　2006年，全球首款商用MRAM產品在飛思卡爾投入生產，飛思卡爾將其命名為MR2A16。MR2A16基于翻轉寫入模式，并與采用銅互連技術的CMOS相集成。MRAM單元采用單個晶體管和磁性隧道結構，其中結合了創(chuàng)新的體系結構，以保證磁數據的可靠寫入。

　　MR2A16A可以實現非常靈活的系統(tǒng)設計而不會導致總線競爭。MR2A16A帶有單獨的字節(jié)支持控制(byte-enable control)，各字節(jié)均可獨立寫入和讀取。MR2A16的運行電壓為3.3V，具有對稱的高速讀寫功能，讀寫周期為35ns。MR2A16能夠用8位或16位的數據總線進行存取，帶有低電壓保護電路的自動數據保護功能可防止電源中斷時寫入數據，所有輸入和輸出都兼容TTL，采用完全靜態(tài)的操作，數據至少可保存10年。MR2A16A經濟而又可靠，適用于多種商業(yè)應用，包括網絡、安全、數據存儲、游戲和打印機等。在需要永久存儲和快速檢索關鍵數據的應用中，MR2A16A是理想的存儲器解決方案。

　　MR2A16A曾獲得Electronic Products雜志頒發(fā)的2006年度最佳產品獎、電子工程專輯的2007年度最佳存儲產品獎、LSI of the Year的年度杰出產品獎和In-Stat/Microprocessor Report 的2007年度創(chuàng)新產品獎。此外，飛思卡爾的MRAM設備還曾入圍EDN的“2006年度創(chuàng)新獎”和電子工程專輯的“2006年度ACE獎”。