A TSMC criou uma memória magnetorresistiva aprimorada – consome 100 vezes menos energia

A TSMC, juntamente com cientistas do Instituto de Pesquisa de Tecnologia Industrial de Taiwan (ITRI), apresentou uma memória SOT-MRAM desenvolvida em conjunto. O novo dispositivo de armazenamento foi projetado para computação em memória e para uso como cache de alto nível. A nova memória é mais rápida que a DRAM e retém dados mesmo depois que a energia é desligada, e foi projetada para substituir a memória STT-MRAM, consumindo 100 vezes menos energia durante a execução.

Wafer experimental com chips SOT-MRAM. Fonte da imagem: TSMC/ITRI

Entre outras opções promissoras para memória não volátil, a memória magnetorresistiva de transferência de spin (STT-MRAM) há muito tempo é uma concorrente para o papel de memória cache de nível superior (de L3 e superior) e para cálculos na memória, entre outras opções promissoras. opções de memória não volátil. Esta variante de memória transferiu a magnetização para a célula de memória através de uma junção de túnel usando uma corrente polarizada por spin. Com isso, o consumo de energia do STT-MRAM acabou sendo várias vezes menor que o consumo da memória MRAM convencional, na qual a gravação era feita por um campo eletromagnético induzido.

A memória SOT-MRAM vai ainda mais longe. O registro (magnetização) de uma célula – uma camada ferromagnética – ocorre com a ajuda de um momento rotacional spin-orbital. O efeito se manifesta no condutor na base da célula através de uma combinação de dois fenômenos: o efeito spin Hall e o efeito Rashba-Edelstein. Como resultado, o ferromagneto adjacente ao condutor é afetado por um campo magnético induzido pela corrente de spin no condutor. Isso faz com que o SOT-MRAM exija menos energia para operar, embora avanços reais ainda estejam por vir.

Escreva e leia caminhos atuais para dois tipos de células MRAM. Fonte da imagem: Universidade Nacional de Cingapura

Outras vantagens do SOT-MRAM incluem circuitos separados de gravação e leitura, o que tem um efeito positivo no desempenho, bem como maior resistência ao desgaste.

«Esta célula unitária fornece simultaneamente baixo consumo de energia e operação em alta velocidade, atingindo velocidades de até 10 ns”, disse o Dr. Shih-Chi Chang, Diretor Geral dos Laboratórios de Pesquisa em Eletrônica e Optoeletrônica do ITRI. – Seu desempenho geral de computação pode ser aumentado ainda mais com a implementação de circuitos de computação na memória. Olhando para o futuro, esta tecnologia tem potencial para aplicações em computação de alto desempenho (HPC), inteligência artificial (IA), chips automotivos e muito mais.”

SOT-MRAM com latências tão baixas quanto 10 ns está mais próximo da SRAM (latências de até 2 ns) do que a DRAM convencional com latências de até 100 ns e superiores. E, claro, é significativamente mais rápido do que o popular 3D NAND TLC de hoje, com latências de 50 a 100 μs. Mas a memória SOT-MRAM não aparecerá em processadores e controladores amanhã ou depois de amanhã, assim como a mesma memória STT-MRAM, desenvolvida há mais de 20 anos, não se tornou procurada. Tudo isso é o futuro e não muito próximo, embora, em geral, seja necessário para uma computação eficiente na memória e para dispositivos autoalimentados.