芯耀
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作者：ICVIEWS編輯部
近日，北京航空航天大學(xué)黨委常委、副校長(zhǎng)趙巍勝，分享了MRAM最新進(jìn)展及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
MRAM的前身是磁存儲(chǔ)，其是人工智能時(shí)代的根技術(shù)，如今數(shù)據(jù)中心中有70%以上的數(shù)據(jù)依舊保存其中。十年前就有不少專家認(rèn)為未來(lái)磁存儲(chǔ)將被SSD完全取代，然而十年后，磁存儲(chǔ)依舊是最重要的存儲(chǔ)技術(shù)。
?01磁存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程
首先是技術(shù)突破，磁存儲(chǔ)技術(shù)自誕生以來(lái)，致力于解決信息存儲(chǔ)與讀取的關(guān)鍵技術(shù)難題。1992 年美國(guó) MIT 與 IBM 聯(lián)合研發(fā)出隧穿磁阻技術(shù)，基于自旋電子與量子隧穿效應(yīng)，成為現(xiàn)代大容量硬盤(pán)讀取技術(shù)的核心。1996 年摩托羅拉引領(lǐng)的寫(xiě)入技術(shù)取得突破，并于 2004 年廣泛應(yīng)用。制造方面采用前端半導(dǎo)體與后端自旋電子的混合集成技術(shù)，2006 年成功量產(chǎn)首顆芯片，在航空航天、飛機(jī)制造等領(lǐng)域占據(jù)核心地位，我國(guó) C919 大飛機(jī)也采用了磁存儲(chǔ)芯片。
其次是技術(shù)演進(jìn)與應(yīng)用拓展，1996 年開(kāi)始，IBM 等企業(yè)在微縮技術(shù)上努力，提高了存儲(chǔ)效率。過(guò)去 20 年，日本東北大學(xué)與北航分別解決第二代磁存儲(chǔ)技術(shù) STT-MRAM 的核心問(wèn)題，2018 年進(jìn)入量產(chǎn)階段，全球多家代工廠具備生產(chǎn)能力，專利布局日趨完善。近年來(lái)，磁存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，在汽車產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)巨大潛力，預(yù)計(jì)到 2030 年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)數(shù)十億美元。第一代磁存儲(chǔ)芯片雖占市場(chǎng)主流（占有率約 80%），但集成度問(wèn)題促使業(yè)界探索新技術(shù)。
在應(yīng)用案例方面，華為智能手表等消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品率先采用磁存儲(chǔ)技術(shù)，顯著提升了待機(jī)時(shí)間與性能。同時(shí)，在車載電子和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，磁存儲(chǔ)技術(shù)也展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，成為降低功耗、提升算力密度的關(guān)鍵解決方案。特別是在數(shù)據(jù)中心，磁存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅優(yōu)化功耗問(wèn)題，滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。
在一些應(yīng)用中，MRAM可以被看做是 NOR FLASH的替代者，但是和SRAM相比，MRAM的速度、可擦寫(xiě)次數(shù)等方面還存在不足。
于是，第三代自旋存儲(chǔ)技術(shù)SOT MRAM的研發(fā)成為國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)?；谧孕齾f(xié)同曲技術(shù)的第三代磁存儲(chǔ)芯片，有望在密度、功耗及算力密度上實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，成為未來(lái)算力芯片的重要支撐。
SOT MRAM也是目前唯一一個(gè)能夠取代SRAM的技術(shù)方案。
?02未來(lái)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)
就當(dāng)前國(guó)際上涉足該領(lǐng)域的公司所關(guān)注的問(wèn)題以及在未來(lái)可能會(huì)面臨的挑戰(zhàn)，趙巍勝指出以下幾點(diǎn)：
一是 MRAM 是否有希望替代 DRAM。從自然界第一性原理來(lái)看，最佳信息載體并非電容，而 1970 年發(fā)現(xiàn)的釩鐵磁這種物理現(xiàn)象，兩個(gè)原子湊到一起可代表 0 和 1，有望帶來(lái) 10 納米的突破。第三代自旋芯片可能突破 10 納米限制，北航和華為長(zhǎng)期在此領(lǐng)域合作。大容量芯片的出現(xiàn)可能使未來(lái)的 HBM 發(fā)生顛覆性變化，只有 MRAM 能與 DRAM 匹配，從而解決 DRAM 功耗問(wèn)題。
二是存算一體是否有希望替代馮諾依曼架構(gòu)。傳統(tǒng) AI 芯片采用馮諾依曼架構(gòu)，雖有人期待存算一體替代它，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。
三是量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。量子計(jì)算雖有趣但難以應(yīng)用到手機(jī)手表等小型設(shè)備。
關(guān)于對(duì)未來(lái)的展望，過(guò)去十年，我國(guó)在該領(lǐng)域從一無(wú)所有發(fā)展到現(xiàn)在基本形成產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋制造、設(shè)計(jì)、裝備、應(yīng)用等環(huán)節(jié)。未來(lái)十年，三代產(chǎn)品將并行發(fā)展，持續(xù)快速增長(zhǎng)。第一代繼續(xù)在工業(yè)領(lǐng)域、航空航天應(yīng)用；第二代在 IoT 終端、車載、數(shù)據(jù)中心持續(xù)增長(zhǎng)；第三代是我國(guó)真正的自主發(fā)展機(jī)會(huì)，若能重點(diǎn)發(fā)展第三代，實(shí)現(xiàn)對(duì)前兩代的替代，將是重要機(jī)遇。
