Magnetoresistive Random Access Memory

Magneto-resistive Random Access Memory (MRAM) ist eine nichtflüchtige Speichertechnik, die seit den 1990er Jahren entwickelt wird.

Funktionsprinzip

Schematischer Aufbau einer MRAM-Speicherzelle

Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichertechniken, wie das DRAM oder SRAM, werden die Informationen nicht mit elektrischen, sondern mit magnetischen Ladungselementen gespeichert, das heißt, es wird die Eigenschaft bestimmter Materialien ausgenutzt, die ihren elektrischen Widerstand unter dem Einfluss magnetischer Felder ändern. Prinzipiell können verschiedene Wirkmechanismen angewandt werden:

• Anisotroper Magnetwiderstand (engl.: anisotropic magnetoresistance, AMR)
• Riesenmagnetowiderstand (engl.: giant magnetoresistance, GMR)
• Magnetischer Tunnelwiderstand (engl.: tunneling magnetoresistance, TMR)

Letztere ist derzeit die favorisierte Technik für die Entwicklung magnetoresistiver RAMs.

Der Vorteil der MRAM-Technik liegt darin, dass sie nichtflüchtig ist, das heißt, die Chips behalten ihre gespeicherten Daten auch nach dem Abschalten der Energieversorgung. Damit können elektronische Geräte, wie z. B. Computer, realisiert werden, die sofort nach dem Einschalten betriebsbereit sind und nicht erst die zum Betrieb notwendigen Daten von einem Festspeicher, etwa einer Festplatte, in den Arbeitsspeicher laden müssen. Im Gegensatz zu etablierten nichtflüchtigen Speichertechniken, wie Flash, können MRAMs wie herkömmlicher DRAM/SRAM praktisch unendlich oft beschrieben werden. Schreib- und Lesezugriffszeiten werden im Bereich von DRAM bis SRAM liegen. MRAM soll so die Vorteile der verschiedenen etablierten Speichertechniken kombinieren und dadurch das Potential zum so genannten 'Universal Memory' aufweisen, der DRAM, SRAM und Flash ersetzen könnte.

Geschichte

• 1989 – IBM-Wissenschaftler machten eine Reihe von Schlüsselentdeckungen über den „GMR-Effekt“ in dünnen Filmstrukturen.
• 2000 – IBM und Infineon gründeten das Joint MRAM Development Program.
• 2002 – NVE kündigten einen Technologie-Austausch mit Cypress Semiconductor an.

Im Sommer 2003 wurde ein 128-Kilobit-MRAM-Chip vorgestellt, der mit der 0,18-Mikrometer-Technik gefertigt wurde.

Im Juni 2004 hat die Firma Infineon den ersten 16-Megabit-MRAM-Baustein, ebenfalls in 0,18-µm-Technik, vorgestellt

Ende 2004 hat Freescale Semiconductor (ehemals Motorola Semiconductor) mit der Auslieferung von 4-Mbit-Prototypen (0,18 µm) begonnen . Nach jahrelanger Forschung und Entwicklung und einer langen Bemusterungsphase soll bei Freescale nun die Serienfertigung des 4-Mbit-MRAMs MR2A16A anlaufen. Dieser Speicherchip ist im Vergleich zu SDR- oder DDR-SDRAMs mit etwa 25 US-Dollar sehr teuer, was seinen Einsatzbereich stark einschränkt. Ein Lese-/Schreibzyklus dauert 35 ns, also um ein Vielfaches länger als bei SDRAM oder gar neueren RAM-Technologien.

Im Rahmen eines Management Buy Outs wird Freescales MRAM-Technologie nun von Everspin Technologies vertrieben. Es sind verschiedene Produkte lieferbar, die sich sowohl in Gesamtspeichergröße (256KByte bis 16 MByte) als auch in Speicherwortbreite unterscheiden (8 Bit - 16 Bit).

Die Serienfertigung des MRAMs wurde von verschiedenen Firmen (IBM, Infineon, Motorola) bereits für die Jahre 2004/2005 angekündigt. Viele renommierte Unternehmen haben sich wegen Problemen in der Massenproduktion der Chips vollständig aus diesem Zweig zurückgezogen oder haben die Serienreife auf das Ende des Jahrzehntes verschoben. Zunächst werden MRAMs aufgrund von Kostenposition und Größenordnung eher für Nischenapplikationen geeignet sein.

Ressourcen

Wissenschaftliche Ausarbeitung zum Download (PDF)

Weblinks

• MRAM community with information and news (english)
• News und Infos über die MRAM-Speicher Technologie
• Tohoku Universität und Hitachi entwickelt einen Prototyp 2 Mbit spin-transfer torque RAM (SPRAM) (13. Februar 2007 en; PDF-Datei)
• Heise-Online-Meldung: IBM und TDK forschen gemeinsam an MRAM (20. August 2007)
• Heise-Online-Meldung: Neue Ansätze in der MRAM-Entwicklung (7. November 2007)
• EETimes-online Meldung: German researchers accelerate MRAM technology (19. August 2008)]