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数据。MRAM 的存储单元由自由磁层，隧道栅层，固定磁层组成。自由磁层的磁场极化方向可以改变，固定层的磁场方向不变，当自由层与固定层的磁场方向平行时，存储单元呈现低电阻；反之呈高电阻，通过检测存储单元电阻的高低，即可判断所存数据是 0还是1。

　　图17 MRAM的存储单元

　　MRAM优点：

　　非易失：铁磁体的磁性不会由于断电而消失，故MRAM具备非易失性。

　　读写次数无限：铁磁体的磁性不仅断电不会消失，而是几乎可以认为永不消失，故MRAM和DRAM一样可以无限次重写。

　　写入速度快，功耗低：在目前已经得到的实验样品中，MRAM的写入时间可低至2.3ns，并且功耗极低，可实现瞬间开关机并能延长便携机的电池使用时间。

　　和逻辑芯片整合度高：MRAM的单元可以方便地嵌入到逻辑电路芯片中，只需在后端的金属化过程增加一两步需要光刻掩模版的工艺即可。再加上MRAM单元可以完全制作在芯片的金属层中，甚至可以实现2~3层单元叠放，故具备在逻辑电路上构造大规模内存阵列的潜力。

　　MRAM缺点：MRAM最大的缺点是存储单元之间存在干扰，当对目标位进行编程时，非目标位中的自由层很容易被误编程，尤其是在高密度情况下，相邻单元间的磁场的交叠会愈加严重。

　　5） FRAM（铁电存储器）

　　FRAM（Ferromagnetic RAM）：铁电存储器，结构与DRAM大致相同，基本单元由一个MOS管和电容组成，但DRAM电容的电介质材料断电后无法继续存储电荷，FRAM则使用断电后电荷不会丢失的铁电晶体作为电介质，当在平面电容中加电压时，铁电晶体在电场作用下会形成极化电荷，正向电压下所形成的极化电荷较低，反向电压下所形成的极化电荷较高，这种二元稳定状态使其可以作为存储器。FRAM的结构主要有两种：Planar结构的工艺相对简单，其隔离采用LOCOS结构，且不需要使用CMP，而Stacked结构的集成度较高，但工艺更加复杂，需要用到STI（浅槽隔离）和CMP。

　　图18，两种主流FRAM结构

　　FRAM优点：兼具DRAM的高速读写优势和Flash的非易失性。

　　FRAM缺点：最大的缺点是微缩能力差，难以采用纳米级工艺，此外，目前还没有发现一种完美的铁电晶体材料，主流材料PZT（锆钛酸铅）和SBT（钽酸锶铋）都有缺点：PZT能够使用溅射和 MOCVD等方法在较低的温度下制备，原材料便宜、晶化温度较低，工艺集成较容易，但有疲劳退化问题，而且铅会对环境造成污染。SBT虽然环保且无疲劳退化问题，但其制作工艺温度较高，工艺集成难度很大。

　　6）揭秘英特尔/美光的3D XPoint技术

　　在2015年七月的IDF（英特尔技术峰会）上，英特尔和美光联手发布了一种名为3D XPoint的新一代存储器技术，该技术历经十载研发，第一次在实际产品上实现了低成本，高速度，非易失三大性能的结合，被英特尔称为自1989年NAND被发明后存储领域的第一次质的突破。

　　图19，3D XPoint的结构

　　具体来看，3D XPoint的随机写入速率是NAND 的1000倍，密度是DRAM的10倍，英特尔还将使用3D XPoint技术的初期实际产品和其另一款使用NAND闪存的顶级SSD进行性能对比，结果表明8线程情况下前者的4K随机读写速度是后者的5.44倍，而在单线程中差距扩大到7.25倍，英特尔表明该技术的延迟高于闪存，略低于内存，可以在靠近处理器的位置以较低成本存储更多数据，显著降低延迟，以加快分析速度。

　　3D XPoint 除了在性能方面兼具闪存的非易失性和内存的高传输速度优点之外，还拥有更为宽松的蚀刻尺寸要求和层数添加空间，这使得其制备成本也会显著降低。英特尔和美光在存储器方面连续多年被三星、海力士，东芝等日韩厂压制，此次联手推出这一颠覆性新型存储器，无疑夺取了不少本聚焦在三星和海力士重点推进的3D NAND上的目光，在本节报告中，我们将针对3D XPoint展开详细分析，揭秘其究竟缘何具备如此高的综合性能，它的运用场景在哪里，目前还存在哪些难点以及量产计划。

　　结构特点及工作原理

　　轻松定位存储单元，随机写入速率飙升：NAND Flash无法定位到具体每一个存储单元，只能定位到一个page（每个page大约是4KiB或者8KiB）的内容，写入需要整个page写入，擦除更是需要一次性擦除整个block（每个block为128或256KiB），这导致NAND需要使用复杂的垃圾回收算法，极大的影响了其随机访问性能。而在3D XPoint中，1280 亿个密集排列的存储单元被交叉的字线和位线连接，从而使得每一个记忆体都能通过两条导线进行定位，以支持对单个存储单元的独立访问，每个存储单元存储一位数据，故其和DRAM类似，具有很好的随机性能。

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