TSMCと台湾の工業技術研究院（ITRI）は木曜日、両社が2022年に発表した共同開発プログラムの成果として、スピン軌道トルク磁気ランダムアクセスメモリ（SOT-MRAM）アレイチップを共同開発したと発表した。このメモリデバイスは、メモリアーキテクチャとラストレベルキャッシュでのコンピューティングに使用でき、不揮発性、低レイテンシ、スピントランスファートルク（STT）MRAMの1％の消費電力を誇ります。
理論上、SOT-MRAMにはキャッシュやインメモリアプリケーションに利用可能な多くの利点があります。SOT-MRAMは、 最新の製造技術でもほとんどスケーリングできないSRAMよりも高い密度を実現できる可能性が あります。また、不揮発性であるため、使用していないときは電力を消費しません（SRAMとは異なります）。これは、データセンターアプリケーションとバッテリー駆動アプリケーションの両方にメリットをもたらします。SOT-MRAMは理論上、最大10nsのレイテンシを実現できます。これはSRAM（SRAMの読み取りおよび書き込みレイテンシは通常1～2ns）と比較すると確かに低速ですが、DRAM（DDR5のレイテンシは約14ms）よりはわずかに高速で、3D TLC NAND（読み取りレイテンシは50～100マイクロ秒）よりはかなり高速です。
「このユニットセルは、低消費電力と高速動作を同時に実現し、最速10ナノ秒の速度に達します」と、ITRI電子・光電子システム研究所所長の張世傑博士は述べています。「メモリ回路設計におけるコンピューティングと統合することで、全体的なコンピューティング性能をさらに向上させることができます。将来的には、この技術は高性能コンピューティング（HPC）、人工知能（AI）、車載チップなどへの応用が期待されます。」
スピン軌道トルク磁気ランダムアクセスメモリ（SOT-MRAM）とスピントランスファートルク（STT）MRAMは、磁気状態を利用してデータを保存する不揮発性メモリ技術の一種です。SOT MRAMとSTT MRAMのどちらのメモリセルも、磁気トンネル接合（MTJ）と呼ばれる構造を採用しています。MTJは、自由磁性層（CoFeBなど）と固定磁性層（CoFeBなど）が垂直に積層され、その間に非常に薄い誘電体層（MgOなど）が挟まれています。さらに、磁性層の1つに隣接する「重金属」（タングステンなど）層が積層されています。
メモリセルへのデータの書き込みは、MRAMビットセルの「ストレージ」層として機能するフリー層の磁化を変化させることで行われます。重金属層に電流を流すことでスピン流が生成され、隣接する磁性層に注入されます。これにより、磁性層の向きが反転し、状態が変化します。データの読み出しは、MTJ接合部に電流を流すことで磁気抵抗効果を評価することで行われます。STT-MRAMとSOT-MRAMの主な違いは、書き込みプロセスで使用される電流注入構造にあり、SOT方式は消費電力の低減とデバイスの長寿命化を実現するようです。
SOT-MRAMはSRAMよりもスタンバイ電力が低いものの、書き込み動作には大きな電流を必要とするため、動的消費電力は依然としてかなり高くなります。さらに、SOT-SRAMセルはSRAMセルよりも大きく、製造も困難です。そのため、SOT-SRAM技術は有望に見えますが、すぐにSRAMに取って代わる可能性は低いでしょう。しかし、インメモリコンピューティングアプリケーションにおいては、今すぐでなくても、TSMCがSOT-MRAMをコスト効率よく製造する方法を習得すれば、SOT-MRAMは非常に有望な選択肢となる可能性があります。
Tom's Hardware の最高のニュースと詳細なレビューをあなたの受信箱に直接お届けします。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
