磁性随机存取内存(MRAM)技术结构剖析

产生很强的耦合效应。这种耦合使固定层的极性保持固定。这样，在编程作业过程中，它就不会因为突然施加磁场而发生意外翻转(图7)。

MRAM与其它内存的比较

　　与其它目前市场上通用的内存进行比较，MRAM具有许多优势。

目前市面上主流内存技术概述

　　闪存:闪存技术使用保存在一个浮动多晶硅(浮动闸)上的电荷，该浮动闸覆盖在闸氧化物上。闪存位单元的编程需要一个高电压场，将电子的速度提高到足够快，以便电子能克服硅物质和浮动闸之间的氧化物的能量障碍。这就使电子能够穿过氧化物，为浮动闸充电，而浮动闸又会改变位单元晶体管的电压阈值。电子反复通过氧化物会导致氧化物逐渐消耗。因而，闪存在经过1万~100万个写入周期后就不能再使用。随着连续的写入作业，有些闪存最快可在10天内损耗。而MRAM却能忍受无限数量的写入周期，因为它没有充电或放电过程。在编程过程中，磁极是旋转的，不会产生破坏，也不会降低执行性能。

　　在编程过程中，闪存要求很高的电压，以吸引电子穿过氧化物。MRAM则使用电流来产生磁场，对自由层进行编程。一般来说，闪存在大的内存数组上进行编程或擦除作业。MRAM则能在单个地址上执行写入作业。

　　SRAM:SRAM需要电源来保留其内存内容，因为它使用了CMOS逻辑电平的晶体管。MRAM内存内容保存在自由磁层的极性内，由于该层是磁性的，因此能在无需电源的情况下保留其状态。

　　随着技术的发展，SRAM单元日益变小，势必会产生更多泄漏。对各个单元来说，这个泄漏很小，但是当内存组件中的单元增加到数百万个时，泄漏就相当大了。随着技术日益使SRAM单元变小，这种效应还将继续成长。由于MRAM的非挥发性，可以在系统中采用断电技术，使漏电流接近为零。

　　电池供电SRAM:电池供电SRAM由SRAM单元和电池组成。该内存是非挥发性的，因为电池可以提供电源，以保留内存内容。相反，MRAM则不需要电池来保留数据，MRAM的读写速度高于电池供电的SRAM。由于MRAM不需要电池，因而它也不存在电池组件降低可靠性的固有问题，因而提高了可靠性，消除了与电池处理有关的环境问题。

　　EEPROM:与MRAM相较，EEPROM编程速度要慢得多，写入次数也有限。

　　NVSRAM:NVSRAM(非挥发性SRAM)将SRAM和EEPROM结合在一起。当电源丢失时，NVSRAM将资料从SRAM保存到EEPROM上。然而，将数据传输到EEPROM的速度非常慢，因此NVSRAM上需要一个大型外部电容器以保持电源，同时进行数据传输。MRAM具有写入作业速度更快的优势，可在系统正常执行期间写入数据。因此，当电源丢失时仅需传输最少的数据。采用MRAM的应用可在无需使用大型外部电容器的情况下，安全地将数据写入内存，进而从中受益。

　　FRAM:Ferroelectric RAM(铁电内存)是一种非挥发性RAM，一般来说，它的数组规模比较小，只有4KB到1MB，原因在于FRAM技术的可扩展性非常有限，进一步压缩了位单元大小。而MRAM就没有受到与FRAM相同的可扩展性限制，因此可以实现更大的内存数组。

　　MRAM的编程速度比FRAM快。有些FRAM的读写次数限制在100亿次周期。此外，由于读取作业会破坏正在读取的位单元内容，因此有些FRAM也要求在执行读取作业后刷新内存。

　　DRAM:动态RAM要求频繁刷新内存以保留数据，而MRAM则不要求刷新内存。

MRAM技术未来展望

　　预计MRAM将在汽车领域获得广泛使用。使用MRAM的汽车碰撞记录器将能在出现交通事故时收集和保存更多资料。在这种应用中，内存的内容必须在碰撞过程中(碰撞时电源通常被中断)幸存下来。保留在碰撞记录器中的数据可以用于确定事故的起因或车辆故障。

　　使用传感器的汽车应用从MRAM技术中受益匪浅。由于传感器能够连续不断地向内存中写入数据，因此对于闪存而言，跟上数据写入速度会有一定困难。新型安全气囊系统上具有传感器，用于检测和记录旅客重量、与车辆上其它安全设备的互动以及受影响的程度。

　　其它一些汽车系统，如里程表、胎压系统和ABS煞车系统都需要频繁地向内存写入数据。随着频繁的写入作业，很容易超出闪存的写入/擦除功能限制，因而导致内存损耗。而MRAM则具备无限写入周期能力，可提供更可靠的系统，特别是在安全气囊和ABS等关键任务应用中。

　　近年来，人们对MRAM在军事应用中的使用也产生了一些兴趣。军事应用中的很多系统都依赖电池供电的SRAM。这些应用具有电池带来的固有可靠性问题。军事部门已经意识到MRAM是一种更可靠的替代产品，Honeywell已经授权飞思卡尔的MRAM技术在军事和航天应用领域内使用。

随着MRAM技术的改进，嵌入式系统在架构方面要经历更为剧烈的变化。目前为止，MRAM是取代嵌入式微控制器中