Magnetiska minnen, MRAM, har i flera år utmålats som nästa stora minnesteknik. De är icke-flyktiga som flashminnen, och i teorin kan de bli billiga som DRAM och snabba som SRAM.

Riktigt ditt har tekniken inte nått, men den andra minnesgenerationen kallad ST-RAM (spin torque random access memory) som Everspin just nu samplar har definitivt stora möjligheter att vara början på en ny minnesepok.

Everspin har sina rötter i Freescales minnestillverkning. Företaget knoppades av år 2008, två år efter det att Freescale lanserat världens första kommersiella MRAM.

– Vi var först med att kommersialisera MRAM och idag har vi kunder som byter ut sina SRAM och stoppar in våra minnen istället. Likaså finns det de som byter ut mindre 8 Mbit flash mot 16 Mbit MRAM, säger Joe O’Hare, marknadsansvarig på Everspin till Elektroniktidningen.

Hittills har företaget skeppat drygt 30 miljoner minnen, tillverkade i Freescales fabrik i Chandler, Arizona. Det är bra för ett litet företag som har företag som Dell, Siemens, Airbus och BMW på kundlistan, men inget som lockar giganter som Samsung, Micron med flera.

Dilemmat med dagens MRAM är att de inte kan skalas som andra halvledarminnen.

– Idag är vi på 130 och 180 nm. Kanske går de att skala lite mer, mot 65 nm,  men jämfört med andra minnen som ligger ner mot 20 nm är priset per bit högt. Därför är det än så länge en nischprodukt.

Även om den första minnesgenerationen har sin plats, så är det den andra generationen som anses kunna möblera om på minnesmarknaden. Idag jobbar stora minnestillverkare som Samsung, Micron, Toshiba och IBM intensivt med egna MRAM-projekt.

− Men vi är först med att sampla ett sådant minne. Just nu får vi det indesignat hos olika kunder och vi förväntar oss att gå i volymproduktion mot slutet av året.

De två minnesgenerationer har sina olikheter, men också likheter. Båda använder traditionella CMOS-skivor från foundryn som TSMC som grund. Konstruktionen är CMOS upp till metallager fyra, och i denna del integreras styrlogik, drivning, förstärkning och annat. Den två översta lagren – den magnetiska delen med tunnelövergångar och magnetiska bitceller – skapar Everspin i sin produktionslina i Arizona.

− I vår andra generation har vi i stort sett samma magnetiska lager som tidigare. Skillnaden är att arkitekturen är väldigt skalbar. Likaså är strömdensiteten betydligt lägre, vi går från mA till µA. Det vi nu har är ett minne som börjar se ut som ett DRAM, med tillägget att det inte är flyktigt.

Det första minnet som nu samplar är tillverkade i 90 nm, lagrar 64 Mbit och stöder Jedecs specifikation för DDR3-gränssnitt.

− Idag är minnesmarknaden på 20 nm så det är lång väg kvar att skala längs CMOS-kurvan men vi ser ingen anledning till att vi inte kan komma till 4 Gbit inom de närmaste fyra åren. Jag tror även att du kommer att se flera andra stora minnestillverkare, som släpper MRAM på 1 och 4 Gbit med samma tidsperspektiv.

Under tiden som Samsung, Micron, Toshiba, IBM och andra arbetar med att nå Gbit-storlek –  först då är dessa minnesgiganter  intresserade av en kommersialisering – arbetar Everspin med att muta in en plats på marknaden.

En övergång från dagens 200 mm till 300 mm-skivor är redan på gång.

– Just nu etablerar vi relation med ett foundry som ska tillverka våra MRAM-chip fullt ut på 300 mm. Det samarbetet har vi ännu inte tillkännagivet, med vår partner kommer att ha flera produktionslinor där de kan tillverka MRAM.

De första minnena som ska tillverkas av det ännu inte namngivna foundryt kommer att vara 64 Mbit-varianter i 40 nm. Någon exakt tidsplan vill Joe O’Hare däremot inte avslöja.

– Det är fortfarande proprietär information, men vi kör wafers idag och vi tror att minnen från foundryt kommer att finnas i produktion inom två år. Samtidigt ska foundryt kunna erbjuda det som inbyggt minne till sina asic-kunder för att ersätta inbyggda flash i framtiden, säger Joe O’Hare.

I det läget menar han att MRAM:et nått ett pris per bit som är dubbet upp mot ett DRAM och att minnestekniken därmed är redo att ersätta DRAM:et i tillämpningar där man inte vill ha batterier, superkondensatorer eller annat för att garantera att data inte försvinner.

– Med tanke på att minnesmarknaden är värd cirka 80 miljarder dollar idag, och att DRAM står för drygt 40 procent, så är det en oerhört attraktiv marknad att ta del av.

Ett MRAM lagrar data som ett magnetiskt tillstånd, istället för en elektrisk laddning. Den första generationen, till vänster, skrivs genom att man applicerar ett magnetisk fält som alstras av en ström genom en ledare nära ett tunnlande magnetoresistivt element. Arkitekturen skalar dåligt. Den andra generationen, till höger, skiljer sig genom att man låter en ström flyta genom övergången, vilket kräver mycket mindre ström. Polarisationen i det fria magnetiska lagret blir direkt beroende av riktningen på styrströmmen. Om polarisationsriktningen i det fria och fasta lagret är lika blir resistansen låg, är de olika blir resistansen hög.

Jämförelse av olika minnesarkitekturer. Grönt markerar det bäst alternativet, medan gult är näst bäst.