2023年MRAM论坛：技术引领创新浪潮
2023年的MRAM论坛，由IEEE磁学学会赞助，并与2023年国际电子器件会议（IEDM）在旧金山联合举办，主要的MRAM市场参与者对MRAM（以及其它非易失性）固态存储器及其应用进行了深入剖析。演讲者包括NXP、Samsung、Global Foundries、Netsol、Everspin、Numem、Kioxia、TSMC、YODA-S以及UCLA等公司，还有Everspin和Numem等公司。
NXP的Thomas Jew、Global Foundries的Johannes Muller以及Samsung的Junghoon Bak分别探讨了MRAM在汽车应用中的前景。这表明嵌入式MRAM将成为汽车应用中的重要增长市场，并有望实现基于域和区域的汽车架构，由软件控制。Thomas Jew指出，汽车设计正在从基于域的模式过渡，电子设备不再仅专注于特定的离散功能，而是转向软件和分布式智能，从而实现更灵活、功能更强大的汽车电子设备，并构建针对软件定义汽车优化的架构。
IBM杰出研究科学家Daniel Worledge，同时也是MRAM论坛的组织者之一，向我表示：“嵌入式STT-MRAM已成功在所有先进的晶圆厂节点替代嵌入式Flash。在未来几年内，我们将看到汽车MCU/SoC供应商过渡到使用eMRAM - 大约在三年内，几乎每辆新车都将内置eMRAM。”
在汽车领域，MRAM的大型系统可按不同的CPU和计算线程进行独立分区，实现并发访问，如下图所示，摘自NXP的演讲。将MRAM用于代码和数据存储应用可使软件开发更加简化。与管理NOR闪存所需的复杂性和额外操作相比，MRAM简化了非易失性存储，并且在能效方面更具优势。
通过采用MRAM，无线更新（OTA）也更加简便，而MRAM的快速写入最小化了停机时间，并且在需要时方便进行软件回滚。与NOR提供的较小特征需求（28纳米是嵌入式NOR特征大小的最小值）以及汽车电子设备向16纳米节点发展的对比，为MRAM的引入提供了机会。目前，22纳米MRAM已经通过资格认证并投入生产，而更小特征产品正在途中。在闪存中实现64MB MRAM存在一些挑战，但MRAM可以使这样大小的内存成为可能，从而推动汽车性能的提升。
然而，磁性免疫性可能是一个问题，需要采取措施减轻MRAM在更广泛应用中遇到的磁干扰。其它演讲者和在最后的座谈会上指出，已经有解决MRAM设备中磁干扰问题的方法，例如，搭载Ambiq芯片MRAM的Fitbits带有磁性扣，MRAM被用作硬盘驱动器中的读取器。NXP今年早些时候宣布，他们将与TSMC合作，在汽车控制器中引入16纳米技术，样品将于2025年提供。
Global Foundries的Johannes Muller讨论了该公司在将MRAM产品推向汽车行业市场方面的活动。在他的演讲中，他探讨了各种eFlash代码存储选项（降至28纳米），以及22纳米（已投产）和12纳米（正在开发中）的SST MRAM，以及SOT（研究中）MRAM，以及22纳米和12纳米的ReRAM（都在开发中）。下图比较了用于代码存储的eFlash（NOR闪存）和MRAM。
Samsung公司的首席工程师Junghoon Bak详细介绍了14纳米及更小尺寸的MRAM技术的现状和展望。自2002年以来，Samsung一直深度参与MRAM的研究和开发。自2019年以来，Samsung一直为eFlash型MRAM提供供应（例如，用于全球导航卫星系统），并从2022年开始为Netsol（同样在MRAM论坛上发表了演讲）提供用于NVRAM应用的独立芯片。
Samsung表示，他们已成功将14纳米MRAM应用于14纳米FinFET基线产品。Junghoon指出，在FinFET架构中，MRAM展现出最高水平的成本效益和高性能。下图呈现了Samsung未来几年eMRAM产品的计划。28纳米FDSOI eMRAM今天已经面市，计划在2024年底推出14纳米MRAM，并在2025年和2026年进行一些较小设备的取样，尤其是用于汽车应用。
汽车应用必须适应更高的温度，以进行焊膏回流和更高温度操作。Samsung正在致力于改进其设备、工艺和制造技术，以提升其MRAM产品的性能和耐久性。
Netsol的Yong Hwan Noh描述了他们在Samsung晶圆厂制造的串行和并行MRAM产品，具体如下。
Netsol认为，尽管当前MRAM正在使用现有的存储器接口，但为了实现高性能的独立非易失性存储器，新的存储器接口将成为必要。Netsol的路线图计划在2025年底或2026年推出14纳米MRAM产品。
Kioxia的研究员Masahiko Nakayama就14纳米MTJ中的加速ST开关和高保持力进行了演讲。Kioxia以及在他们之前的其它公司一直在交叉点内存结构中进行MRAM的研究。他们表示，与基于PCM的存储级内存相比，MRAM在写入速度上更快10倍，耐久性更高100倍，并且能效更低。
Kioxia还提到了一种加速的磁隧道结合（MTJ），具有特殊的存储层，他们认为这使得更高速的写入成为可能（这是在2023年IEDM上提交的一篇论文中提到的）。
Kioxia表示，使用这项技术制造的器件在90摄氏度下显示了超过10年的保持力，并且具有5纳米脉冲下的高速写入。
TSMC的技术经理MingYuan Song介绍了具有1纳秒速度和10年数据保持的SOT-MRAM。特别是，他谈到了自旋轨道扭矩（SOT）MRAM用于创建矩阵向量乘法，如下所示。
接着，在黑白图像边缘检测中使用了这些设备的阵列。该设备在低于1.5V的电压下运行，具有高达M欧姆的可调电阻，1纳秒的操作和7×10^12的耐久性。
YODA_S的首席执行官兼首席技术官Hiroaki Yoda（曾在Toshiba/Kioxia任职）分享了一种名为SIMA-MTJ的低电流SOT-MRAM。SIMA代表应变引起的磁各向异性。在这个设备中，应变施加在平面自旋霍尔电极（SHE）上。他认为，形状各向异性可以用于创造低功耗写入、耐久性无限的MRAM。
UCLA的杰出教授、雷神讲座教授Kang Wang博士多年来一直专注于电压控制的磁性MRAM器件研究，在这次演讲中，他详细讲解了这项技术的随机应用。
他特别提到了将MRAM用于人工智能应用的神经记忆技术。界面和晶体各向异性可以以一种方式相互作用，允许对磁性存储进行电压控制。这被称为MeRAM。这项技术可以实现更小的隧道结区域和更低的写入能耗。
Kang Wang博士详细介绍了许多不同的电压控制磁性存储方法，他的实验室与TSMC合作制作了一个180纳米的演示设备。在演讲的最后部分，他将MeRAM作为概率计算中的p位进行了讨论。在使用神经网络的扩散模型中演示MeRAM，相较于传统方法，实现了更高的吞吐量和更小的芯片面积。
2023 IEEE MRAM论坛在IEDM会议之后展示了独立和嵌入式MRAM方面的显著进展。NXP、GlobalFoundries和Samsung在汽车应用方面取得了显著进展，这将实现软件定义车辆。TSMC、YODA-S和UCLA展示了SOT和VCMA MRAM方面的进展。
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