什么是eMRAM?研究现状如何?

晶圆大厂格芯今天宣布，其基于其22nm FD-SOI 平台的嵌入式、磁阻型非易失性存储器（eMRAM）已投入生产。而公司正在接洽多家客户，计划2020年安排多次生产流片。格芯进一步指出，此次公告是一个重要的行业里程碑，表明eMRAM可在物联网（IoT）、通用微控制器、汽车、终端人工智能和其他低功耗应用中作为先进工艺节点的高性价比选择。

据格芯介绍，他们的eMRAM产品旨在替代高容量嵌入式NOR闪存（eFlash），帮助设计人员扩展现有物联网和微控制器单元架构，以实现28nm以下技术节点的功率和密度优势。

什么是eMRAM

根据半导体行业观察此前报道，所谓eMRAM 技术是自旋电子学（Spintronics，2007 年诺贝尔物理学奖）发展的重要产物。不同于传统半导体存储器如 DRAM、SRAM 和 NAND 闪存等利用电子的电荷特性进行数据存储，eMRAM 是利用电子的自旋特性实现数据存储。其核心存储器件为磁性隧道结 MTJ，主要包含一个自由层、一个参考层和一个夹在两者中间的绝缘层，参考层的自旋磁化方向固定不变，自由层的自旋磁化方向可以改变成和参考层相同或相反。当两者自旋磁化方向相同，也即 MTJ 处于“平行磁化方向”状态时，MTJ 呈低电阻状态；反之，当两者自旋磁化方向相反，也即 MTJ 处于“反平行磁化方向”状态时，MTJ 呈高电阻状态。在信息存储领域，这两种截然不同的电阻状态可以分别用来代表二进制数据“0”和“1”。

作为一种新型存储，eMRAM 具有非易失性、读写速度快、能耗低、集成密度高、耐久力强、天然抗辐射和随工艺节点等比微缩等优点。

经过十余年的发展，eMRAM 技术终于在 2018 年下半年进入成熟期，行业市场普遍接纳了其作为 28nm 及以下工艺节点嵌入式存储技术的最佳解决方案。eMRAM 得益于其优良的技术特性，便成为了 eFlash 和 eSRAM （L3 及以下层级的缓存应用）的最佳替代方案。正是因为其巨大的市场潜力，eMRAM获得了晶圆代工厂的青睐，甚至连英特尔也对这个市场虎视眈眈。

但在我国，eMRAM的研究还相对落后。

在半导体行业观察之前的报道中有讲到，我国境内地区 eMRAM 技术领域相对非常空白。主要为几家高校和科研机构从事较为分散的自旋电子基础科研活动，为代表的是北航。自 2018 年开始，随着其它各 Foundry 代工厂商在 eMRAM 领域的快速推进，我国境内最大的代工厂商中芯国际（SMIC）也积极进行布局，并且取得了快速的进展，有望在 2020 年开始风险量产。除中芯国际之外，华为海思也已经从几年前就开始了在 eMRAM 技术领域的准备与积累，并且针对其自身产品的需求与代工合作伙伴进行技术工艺的开发和优化。
责任编辑：tzh