TSMC и Тайваньский научно-исследовательский институт промышленных технологий (ITRI) в четверг  объявили  , что они совместно разработали микросхему массива магнитной памяти с произвольным доступом (SOT-MRAM) со спин-орбитальным моментом, что является результатом совместной программы разработки, о которой объявил тандем. в 2022 году. Устройство памяти можно использовать для вычислений в архитектурах памяти и  кэше последнего уровня , оно отличается энергонезависимостью, низкими задержками и энергопотреблением, которое составляет 1% от энергопотребления MRAM с передачей вращательного момента (STT).

Теоретически SOT-MRAM имеет множество преимуществ, которые позволяют использовать ее для кэшей и приложений в памяти. SOT-MRAM  потенциально может  обеспечить более высокую плотность, чем SRAM, которая едва масштабируется с учетом новейших производственных технологий. Будучи энергонезависимым, он также не потребляет энергию, когда он не используется (в отличие от SRAM), что полезно как для центров обработки данных, так и для приложений с питанием от батареи. SOT-MRAM теоретически способна обеспечить задержку до 10 нс, что, безусловно, медленнее по сравнению с SRAM (задержка чтения и записи SRAM обычно находится в диапазоне 1-2 нс), но немного быстрее, чем DRAM (DDR5 имеет задержку около 14 мс). и значительно быстрее, чем 3D TLC NAND (задержка чтения которого составляет от 50 до 100 микросекунд). 

«Эта элементарная ячейка обеспечивает одновременно низкое энергопотребление и высокую скорость работы, достигая скорости до 10 нс», — сказал доктор Ши-Чье Чанг, генеральный директор лабораторий исследования электронных и оптоэлектронных систем в ITRI. «Ее общую вычислительную производительность можно еще больше повысить при интеграции с вычислениями при проектировании схем памяти. В будущем эта технология имеет потенциал для приложений в высокопроизводительных вычислениях (HPC), искусственном интеллекте (ИИ), автомобильных чипах и многом другом». 

Магнитная оперативная память со спин-орбитальным моментом (SOT-MRAM) и MRAM с передачей спин-орбитального момента (STT) — это типы энергонезависимой памяти, которая использует магнитные состояния для хранения данных. Как в SOT, так и в STT MRAM ячейка памяти основана на структуре, называемой магнитным туннельным переходом (MTJ), которая состоит из свободного и фиксированного тонкого магнитного слоя (например, CoFeB), уложенного вертикально с очень тонким диэлектрическим слоем (например, MgO). зажатый между ними, и дополнительный слой «тяжелого металла» (например, вольфрама), примыкающий к одному из магнитных слоев.  

Данные записываются в ячейку памяти путем изменения намагниченности свободного слоя (который действует как слой «хранения» в битовой ячейке MRAM) путем пропускания тока через слой тяжелого металла, который генерирует спиновый ток и вводит его в ячейку памяти. соседний магнитный слой, переключая его ориентацию и тем самым изменяя свое состояние. Считывание данных включает оценку магнитосопротивления MTJ путем направления тока через переход. Основное различие между STT- и SOT-MRAM заключается в геометрии ввода тока, используемой для процесса записи, и, по-видимому, метод SOT обеспечивает более низкое энергопотребление и долговечность устройства.  

Хотя SOT-MRAM обеспечивает меньшую мощность в режиме ожидания, чем SRAM, для операций записи требуются большие токи, поэтому ее динамическое энергопотребление все еще довольно велико. Более того, ячейки SOT-SRAM по-прежнему больше, чем ячейки SRAM, и их сложнее изготавливать. В результате, хотя технология SOT-SRAM выглядит многообещающе, маловероятно, что она заменит SRAM в ближайшее время. Тем не менее, для приложений вычислений в памяти SOT-MRAM может иметь большой смысл, если не сейчас, то когда TSMC научится экономически эффективно производить SOT-MRAM.