STT-MRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) es la segunda generación de MRAM (memoria magnética de acceso aleatorio). Su principal ventaja radica en el uso de la tecnología de corriente de espín para lograr una escritura eficaz de la información. El componente central de su unidad de almacenamiento es una MTJ (unión de túnel magnético) de fino diseño, que consta de dos capas ferromagnéticas de distinto grosor intercaladas por una capa de aislamiento no magnética de sólo unos nanómetros de grosor. Este diseño único convierte a la STT-MRAM en una memoria no volátil avanzada que realiza operaciones de escritura de datos controlando con precisión la corriente de espín.
Principio de funcionamiento de la STT-MRAM
La unidad de almacenamiento se compone de un transistor, una unión de túnel magnético (MTJ) y una línea de conexión. La MTJ está apilada por una capa fija (magnetismo fuerte), una capa de aislamiento no magnética y una capa libre (magnetismo débil), en la que el momento magnético de la capa libre se invierte fácilmente. El transistor se utiliza como interruptor de selección de sitio, y su drenaje está conectado a la capa fija del MTJ. Cuando el transistor es activado por la puerta, la fuente, el drenaje, el MTJ y la línea de bits forman un circuito cerrado.
Al escribir información, la línea de bits y la línea de información de escritura adicional generan campos magnéticos de escritura semiseleccionados respectivamente, y los dos campos magnéticos son ortogonales. Sólo cuando se selecciona la célula de almacenamiento y se enciende la línea de información de escritura adicional, el momento magnético de la capa libre se invierte por el doble campo magnético, paralelo o antiparalelo al momento magnético de la capa fija, lo que produce un cambio en la resistencia MTJ, realizando así el almacenamiento de información.
Al leer la información, una pequeña corriente pasa a través de la célula de memoria seleccionada, generando una diferencia de potencial a través de la MTJ, que refleja su estado de resistencia. Al medir la diferencia de potencial, se puede determinar de forma no destructiva la dirección relativa de los momentos magnéticos de la capa libre y la capa fija, leyendo así la información almacenada.
（Flujo de proceso de la MRAM tras el modo MTJ）
Características de la STT-MRAM
- En caso de apagones inesperados, la función de memoria no volátil inherente a la STT-MRAM permite a los clientes salvaguardar sus datos sin depender de una batería de reserva.
- El rápido rendimiento de lectura/escritura de la memoria STT-MRAM reduce significativamente la latencia de lectura/escritura del sistema, haciendo más eficiente la ejecución in situ de las aplicaciones.STT-MRAM
- La memoria STT-MRAM tiene las características de lectura-escritura de gran ancho de banda y no volátil, y puede desempeñar las funciones duales de memoria y memoria en funcionamiento; sin retardo de escritura; puede realizar la protección automática de apagado del sistema.
- La memoria STT-MRAM es un producto nacional independiente, el primer envío por lotes.
- La seguridad de los datos se refuerza considerablemente, lo que hace más cómodo desarrollar e implantar aplicaciones resistentes a la manipulación.
- SRAM+FLASH+EEPROM se pueden sustituir simultáneamente.
La comparación de la STT-MRAM con la memoria común es la siguiente:
Cuadro 1:
| PUNTO | STT-MRAM | FRAM | NVSRAM | TOGGLE-MRAM |
| Tipo de memoria | No volátil | No volátil | No volátil | No volátil |
| Método de escritura | Sobrescribir | Sobrescribir | Sobrescribir | Sobrescribir |
| Ciclo de escritura | 25ns | 150ns | 25ns | 35ns |
| Número de lecturas/escrituras | 1E+13 | 1E+14 | 1E+7 | 1E+13 |
| La densidad de los datos | Alta | Bajo | Bajo | Medio |
| Tiempo de retención | >20 años | 10 años | 20 años | >20 años |
Tabla 2:
| PUNTO | STT-MRAM | EEPROM | FLASH | SRAM | FRAM |
| Tipo de memoria | No volátil | No volátil | No volátil | Voltile | No volátil |
| Método de escritura | Sobrescribir | Borrar+Escribir | Borrar+Escribir | Sobrescribir | Sobrescribir |
| Duración del ciclo de escritura | 25ns | 10μs | 10μs | 5ns | 150ns |
| Ciclo de lectura/escritura | 1E+13 | 1E+6 | 1E+5 | ilimitado | 1E+14 |
| Circuito de refuerzo | No | Sí | Sí | No | No |
| Batería de seguridad | No | No | No | Sí | No |
Aplicación
Como tecnología disruptiva, la STT-MRAM está remodelando gradualmente el panorama del rendimiento de los productos en una amplia gama de campos, desde la electrónica de consumo y los ordenadores personales hasta la automoción, la medicina, el ejército y la industria aeroespacial. Se trata de un nuevo capítulo de la industria de los semiconductores que, además, impulsa el potencial de innovación de los productos.
En el sector de la automoción, la memoria STT-MRAM, con su velocidad de lectura superior, consumo ultrabajo y alta densidad, supera con creces a la eFlash y la eSRAM, y se ha convertido en una fuerza clave para promover la inteligencia y el alto rendimiento en automoción. Para los dispositivos portátiles y el mercado de la telefonía móvil, la STT-MRAM simplifica los diseños al unificar los subsistemas de memoria mediante la eliminación de los paquetes multichip (MCP), lo que reduce significativamente el consumo de energía del sistema y prolonga enormemente la duración de la batería.
En el ámbito de los ordenadores personales, la STT-MRAM demuestra una gran capacidad de sustitución. Ya sea como caché de alta velocidad para SRAM, sustituyendo a la memoria flash como caché no volátil, o incluso sustituyendo a PSRAM y DRAM en la ejecución de programas de alta velocidad, la STT-MRAM presenta ventajas de rendimiento. Además, en numerosas aplicaciones embebidas, la STT-MRAM está sustituyendo gradualmente a la NOR flash y la SRAM, emergiendo como una nueva opción para mejorar el rendimiento y la fiabilidad del sistema.
