GlobalFoundriesは、22FDXプラットフォーム向けに組み込み型不揮発性磁気抵抗RAM（ST-MRAM）を生産すると発表しました。GlobalFoundriesの22FDXプラットフォームは、22nmプロセスを採用した初の完全空乏型シリコン・オン・インシュレータ（FD-SOI）技術であり、eMRAM（ST-MRAMのマーケティング用語）を追加することで、SoCおよびMCU向けの革新的な新ツールとなります。
MRAMは、一部の組み込みチップアプリケーションにおいてSRAM/eDRAMの代替として使用できるだけでなく、スタンドアロンのストレージクラスメモリとしても使用できます。他の新興メモリとは異なり、ST-MRAMは未来志向の技術ではありません。私たちは最近、この有望な新媒体をバッファとして採用した最初のエンタープライズクラスSSDの1つであるMangstor MX6300をテストしました。RAIDコントローラでも数年前からMRAMが使用されています。
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先日開催されたフラッシュメモリサミットで、Auperaはキャリアカード（前面）に搭載されたM.2 MRAM SSDの実動作デモを披露しました。このデモは、4Kランダム書き込み150万回、つまり6GB/秒を超える持続ランダムスループットを実現しています。MRAMの容量は現在非常に限られており、M.2 MRAM SSDの容量はわずか128MBでした。MRAMが3D XPointやカーボンナノチューブベースのメモリといった他のストレージクラスメモリと競合するには、さらなる高密度化が必要です。EverspinとGlobalFoundriesは、リソグラフィの微細化による高密度化に期待を寄せています。
もちろん、本当に興味深いのは、MRAM がどのように機能し、それがプロセッサ設計にどのような革命をもたらすのかという点です。
作品
MRAMには様々な種類がありますが、Everspinはスピントルク（ST-MRAM）技術を採用しています。MRAMは磁気的にデータを保存するため、電子ベースのデータストレージ技術とは大きく異なります。MRAMは、デバイスの電源が切れても保存されたすべてのデータを保持します（つまり、永続的な不揮発性ストレージメディアです）。HDDベンダーが読み取りヘッドに使用している垂直磁気トンネル接合（pMJT）がメモリセルとして機能します。pMJTは標準的なCMOSトランジスタを使用しています。この設計は、2枚の強磁性プレートと、その間にある絶縁誘電体層で構成されています。一方のプレートは既知の極性（固定層）に設定され、もう一方のプレートは極性を変更できます（自由層）。両方のプレートの極性が一致する場合、セルは低抵抗状態（1）になり、異なる極性の場合、セルは高抵抗状態（0）になります。デバイスは、結果として生じる電気抵抗を測定することで、セルが「1」または「0」を保持しているかどうかを判定します。セルは書き換える前に消去する必要がないため、管理が簡素化され、パフォーマンスが向上します。
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MRAMはDRAMよりも製造コストが低いと言われていますが、他の新興メモリ技術と同様に、経済的な生産には密度が鍵となります。MRAMはDRAMよりも高速で、現行製品はDDR3プロトコルで通信します。GlobalFoundriesとEverspinは現在、256Mbデバイス（48nm）を生産しており、DDR4プロトコル（28nm）を活用した1Gbデバイスの開発パイプラインも整えています。両社は、将来的にはより高密度なデバイス（20nm未満）への明確なロードマップも示しています。
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MRAMは、ほとんどの実用的なアプリケーションにおいてほぼ無制限の耐久性を備えており、Everspin社は10^10サイクル（NANDの数千万倍の耐久性）のテストを実施しました。熱はほとんど問題にならず、eMRAMは260℃のはんだリフローでもデータを保持できます。MRAMは組み込みチップアプリケーションにおいてNORやSRAMの代替として注目されており、その永続的な状態はセルリフレッシュ電力を必要とせず、リーク電流も実質的にゼロで、書き込み操作時の消費電力は最大1,000分の1に抑えられるため、消費電力を削減します。また、MRAMの永続性により、デバイスがスリープ状態から復帰する際にメモリ構造を再構築する必要がなくなり、プロセッサによるキャッシュ管理方法に革新的な影響を与える可能性があります。
GlobalFoundriesは、IoTおよび車載用SoCとMCU向けに最先端製品を位置付けています。ほとんどのプロセッサはダイの50～80%をメモリに割り当てており、SRAMは通常約6個のトランジスタを使用するのに対し、MRAMは1個のトランジスタしか使用しません。MRAMの高密度化と設計のシンプルさは、半導体ベンダーにとって魅力的な将来性をもたらしています。
ST-MRAMは12FDXに登場しますか?
GlobalFoundriesは先週、12nm FD-SOI技術「12FDX」を発表しました。eMRAM技術が成熟するにつれ、同社がeMRAM技術を採用すると予想するのは当然のことです。12nm FD-SOIはFinFET設計に匹敵する競争力を持つと期待されており、GlobalFoundriesは16nm FinFETよりも低コストで10nm FinFETの性能を提供できるように設計しました。同社は、12FDXプラットフォームは既存のFinFETと比較して15%の性能向上と50%の消費電力削減を実現すると主張しています。
12FDXは、システム統合の新たな基準を確立し、無線周波数（RF）、アナログ、組み込みメモリ、そして高度なロジックを1つのチップに統合するための最適化されたプラットフォームを提供します。このテクノロジーは、業界で最も幅広いダイナミック電圧スケーリングと、ソフトウェア制御トランジスタによる比類のない設計柔軟性も実現します。これにより、必要な時に必要な場所でピークパフォーマンスを発揮すると同時に、静的電力と動的電力のバランスをとることで、究極のエネルギー効率を実現します。
GlobalFoundriesとEverspinは、eMRAMの試作サンプルが2017年に出荷され、量産は2018年に予定されていると予想している。12nm 12FDX FD-SOIプラットフォームは、GlobalFoundriesのドレスデンにあるFab 1で生産開始となり、最初のテープアウトは2019年に予定されている。
ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
