[導讀] 　　長久以來，我們這些缺乏耐性的人，一直期待著所有消費電子產品的開機時間能盡量縮短，愈快愈好。剛剛才打入消費市場的固態硬盤（SSD），已經能大幅縮減用戶等待開機或將機

關鍵詞：MRAM拆解閃存

　　長久以來，我們這些缺乏耐性的人，一直期待著所有消費電子產品的開機時間能盡量縮短，愈快愈好。剛剛才打入消費市場的固態硬盤（SSD），已經能大幅縮減用戶等待開機或將機器從睡眠中喚醒的時間，事實上，SSD已經能實現極短時間的開機，或是瞬間喚醒機器。

　　目前，SSD仍然以非揮發性存儲器（NVM）為主，主要采用閃存。盡管與傳統硬盤相比，閃存的速度提高了好幾個數量級，但今天在使用SSD開機時還需要等待一會兒。這也暴露出一個事實──在與ROM或DRAM相比時，閃存的讀取速度顯然遜色許多。

　　2000年中，非揮發性存儲器領域出現了一匹黑馬──磁阻式隨機存取存儲器（MRAM），它強調高可靠性、趨近無限的使用壽命、低功耗、更廣的工作溫度范圍，而且更重要的是，它的讀取時間快到能媲美DRAM。這些特性讓MRAM成為眾所矚目的焦點，吸引數家公司投入開發，希望制造出在密度和速度方面都能與其他主流非揮發性存儲器競爭的嶄新元件。Everspin正是其中一家企業，該公司已經推出商用化的MRAM產品。

　　磁穿隧結（Magnetic Tunnel Junction， MTJ）是在MRAM儲存數據的關鍵因素。傳統MTJ是由兩個被薄型隧穿介電質隔開的磁性層所組成。數據會在磁性層上依照磁化向量的方向儲存。位于一個磁化層上的磁性向量是磁性固定（magnetically fixed）或被固定（pinned）的，此時其他層則是磁性自由，可在相同和相反方向之間進行切換，分別稱之為“平行”或“反平行”狀態。當在固定和自由層之間施加小的偏置電壓時，隧穿電流便會流經位于中間的薄介電層。而其磁性存儲器單元會透過響應平行和反平行狀態，呈現出兩種不同的阻值。因此，藉由檢測電阻變化，MRAM元件便能提供儲存在磁性存儲器單元中的數據。

　　圖1：Everspin MRAM封裝的X光圖片

　　MTJ結構被整合到另一個典型CMOS積體電路的互連部份。在寫入過程中，選定的MTJ會置于所選擇的寫入字線和選定的位元線之間。當電流經過所選的字線和位元寫入線，便會在這些線的周圍建立磁場。而在選定MTJ的上磁場向量總和必須足夠切換狀態。不過，沿著選定的字線或位元寫入線產生的磁場也必須足夠小，以確保不會切換到俗稱的“半選”（half selected ） MTJ狀態。所謂半選狀態僅作用在所選擇的字線與位元寫入線周圍。

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本文導航

• 第 1 頁：神秘拆解：新一代MRAM能否取代閃存？

• 第 2 頁：自旋力矩MRAM是否能再縮短開機時間