قسمت دوم:با حافظه های رم M-RAM آشنا شوید

در قسمت اول معرفی فناوری حافظه های MRAM به معرفی تاریخچه،کمپانی های فعال در این زمینه و شاخه های پیدایش آن پرداختیم.اینک با قسمت دوم از این مقاله تخصصی در خدمت شما هستیم.لازم به ذکر است که این مقالات برای دانشجویان کامپیوتر (همه شاخه ها) و الکترونیک بسیار کاربردی و مفید است چرا که نمونه های آنها بسیار نایاب است.

فقط تکنولوژی نسل اول MRAM تا به حال وارد بازار شده است. پس از آن بر روی این وسیله بهینه سازی هایی شده انجام شده است که با آن لقب “TOGGLE” دادند. که در ابتدا توسط EVERSPIN ارائه شد. MRAM های موجود در بازار تا حجم 4 مگابیت با تکنولوژی 180نانومتری با هزینه ای معادل ^4-10 سنت بر بیت به بازار آمدند . این مقدار با قیمت روز DRAM قابل مقایسه است که قیمتش ^6-10 سنت بر بیت بود.امروزه چندین راهکار تکنیکی برای طراحی نسل دوم MRAM فعالیت می کنند  تا تمامی محدودیتهای این وسیله را مشخص کنند و مقیاس ساخت آن را به 65 نانومتری برسانند. نسل دوم توسعه MRAM در تمام شرکتهای نیمه رسانا و اسپانسرهای اصلی تحت تحقیق هستند.

کاندیداهای پیشرو برای نسل دوم تکنولوژی های MRAM به نام TAS و گشتاور چرخش نامیده می شوند. TAS توسط شرکت CROCUS TECHNOLOGY تحت تحقیق است و  و گامهای بزرگی برای طراحی نسل دوم MRAM و توسعه ان نسبت به نسل اول بر روی فرایندها و مواد برداشته شده است و آن ر گزینه اول ورود به بازار معرفی کرده اند. گشتاور چرخش توسط گروههای متعددی در سرتاسر دنیا مورد پژوهش قرار گرفته است ولی هنوز چالشهایی در فیزیک اولیه ان و مواد تشکیل دهنده آن وجود دارد تا بتوانند بر مشکلات غلبه کرده و ان را آماده ورود به بازار می کنند.

TAS یک ایده به بلوغ رسیده است که برای دیسک درایوها (HDD) طراحی و ایجاد شد. و  در حجمهای بالا نیز تثبیت شد. TAS تعریف شده برای استفاده در MRAM قلب نوآوری های شرکت CROCUS در تکنولوژی MRAM است.   نوآوری هایی که در نسل اول بوجود آید و تغییرات و اصلاحاتی در آن انجام شود، TAS ساختار MRAM پیشرفت می کند  و به طور کامل می تواند مشکلاتی که در نسل اول بوجود آمده بود، همچنین مشکلات پایداری سیستم را حل کند. و یک تکنولوژی حافظه مقرون به صرفه و قابل مقیاس بندی تا حداقل 32 نانو متر بوجود بیاورد.TAS با معرفی مفهوم دمای بلوک (یا TB) در یک پشته مغناطیسی چند لایه ای که MTJ ساخته شد، طراحی شده بود. در زمانی که حافظه کاری ندارد و یا در هنگام خواندن، MTJ سلول بیت در دمای خوبی کمتر از TB خواهد بود.

در طول زمان نوشتن، MTJ که باید نوشته شود، دمایش بالاتراز TB می رود. جادوی TAS این است که زمانی که دمای MTJ پایین تر از TB است، داده های سلول بیت مقادیر اندازه هایی است که پایدار تراز زمانی است که دمای MTJ بالای TB می رود. چون MTJ با جریان درون یک ترانزیستور سلول بیت گرم می شود، مشکل انتخابی نسل اول کاملا رفع می شود. و چون پایداری نسبی Mtj زمانی که گرم است (بالای TB) نسبت به زمانی که سرد است (پایین TB) را می توان بهتر و موثرتر با انتخاب مواد موثر بکار رفته در MTJ مهندسی کرد، لذا پایداری در برابر موانع مقیاس بندی نسل اول تکنولوژی MRAM  چشم پوشی می شود. چون دمای بلوک را می توان طوری مهندسی کرد که نزدیک به گشتره دمایی چیپ در زمان کار باشد، (مثلا برعکس، در دماهای خیلی بالا  لازم در حافظه تغییر فاز) عمل گرم کردن وسردکردن MTJ در سلول بیت می تواند با جریانهای کوچک در تنها چندین نانوثانیه صورت بگیرد. TAS می تواند با نوشتن خط میدان، مثل  نسل اول MRAM ، یا با گشتاور چرخش در نوشتن های طولانی به کار گرفته شود.

عملیات MRAM گشتاور چرخشی تغییر بسیار مهمی را در فرایند نوشتن معرفی می کند. گشتاور چرخشی به اثراتی که تازه کشف شده وابسته است به طوری که خاصیت مغناطیسی عناصر نانو با یک جریان الکتریکی عقب و جلو می رود. (هیچ میدان مغناطیسی وجود ندارد، هیچ خط X و Y در میدان فلز وجود ندارد).

این پلاریزاسیون چرخش با عبور جریان در یک لایه مغناطیسی نازک (پلاریزر) که به MTJ اضافه شده، بوجود می آید و تنها یک جریان چرخش ایجاد می شود. جریان پلاریزه در تعامل با دیگر لایه های MTJ واهد بود به طوری که بتواند برروی خاصیت مغناطیسی ذخیره شده اثر بگذارد، و لذا در یک جهت یا در جهت دیگر بسته به پلاریته جریان، اجازه نوشتن می دهد . زمانی که حافظه بیکار باشد (مثل نگهداری داده)، MTJ سلول بیت هیچ جریان الکتریکی ندارد که از ان عبور کند. در زمان خواندن، جریان کم DRAM از ان عبور می کند. زمان نوشتن، جریان بسیار بالاتری (چرخش پلاریزه شده) از MTJ عبور می کند. چالشی که در مواجهه با گشتاور چرخش مواجه می شویم این است که بهتری و به روزترین چگالی های جریان نوشتن  هنوز مقادیری هستند که برای ساختن حافظه عملی بسیار بلند هستند. این چگالی های جریان بر اساس خصوصیات پایه ای ماده و فیزیک MTJ معرفی می گردند. بیان این نکته ضروری است که زمانی که TAS در ترکیب با گشتاور چرخش، همان مزایای اطمینان به پایداری، با جریان عملی نوشتن، را زمانی که برای نوشتن با القای میدانی مورد استفاده قرار می گیرد فراهم می آورد. در صنعت الکترونیک، اثر یافتن تکنولوژی MRAM مقرون به صرفه و قابل تولید بسیار مهم است، زیرا می تواند به طور موثری مشارکت بازاری که ممولا به DRAM، SRAM های EMBEDشده وفلش های EMBED شده متعلق می باشد را نابود کند.

 قسمت اول