瑞萨电子公司今天宣布，它已开发出用于嵌入式自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)的电路技术，以下简称MRAM）测试芯片。该芯片具有快速读写操作，采用22纳米工艺制造。测试芯片包括一个32兆位(Mbit)嵌入式MRAM存储单元阵列，可在150°C的最高结温下实现5.9纳秒(ns)的随机读取访问，以及5.8兆字节/秒的写入吞吐量（MB/秒）。
瑞萨电子于6月16日在6月12日至17日在夏威夷举行的2022年IEEEVLSI技术和电路研讨会上展示了这些成就。
随着物联网和人工智能技术的不断进步，端点设备中使用的微控制器单元(MCU)有望提供比以往更高的性能，因此需要用更精细的工艺节点制造。与在FEOL中制造的闪存相比，采用BEOL制造的MRAM对于亚22nm工艺具有优势，因为它与现有的CMOS逻辑工艺技术兼容，并且需要更少的额外掩模层。但是，MRAM的读取余量比闪存小，这会降低读取速度。CPU工作频率与非易失性存储器的读取频率之间的较大差距也是一个挑战，因为它会降低MCU性能。
MRAM还可以实现比闪存更短的写入时间，因为它在写入操作之前不需要擦除操作。但是，需要进一步提高速度，以缩短端点设备所需的无线(OTA)更新的系统停机时间，并降低最终产品制造商为MCU编写控制代码的成本。
为了应对这些挑战并响应市场对更高MCU性能的需求，瑞萨电子开发了以下新电路技术，以在MRAM中实现更快的读写操作。
采用高精度读出放大器电路的快速读取技术
MRAM使用包括磁隧道结(MTJ)器件的存储单元，其中高和低电阻状态分别对应于数据值1和0来存储信息。差分读出放大器通过读取存储单元电流和参考电流之间放电速度的电压差来区分这两种状态。然而，由于MRAM的1和0状态之间的存储单元电流差小于闪存，所以读出放大器读取的电压差更小。即使将放电时间延长到读出放大器的差分输入节点之间的较大电压差，在确保必要的电压差之前，两个输入节点都容易被完全放电。这个问题在高温下尤其严重。
为了解决这个问题，瑞萨电子推出了一项新技术，利用电容耦合来提升差分输入节点的电压电平，即使在存储单元电流差很小的情况下，差分放大器也能感应到电压差，从而实现高精度和快速读取手术。
快速写入技术，同时写入位数优化，缩短模式转换时间
继2021年12月宣布的嵌入式STT-MRAM高速写入技术之后，该新技术通过缩短写入操作期间的模式转换时间实现了更高的速度。
该技术划分了施加写入电压的区域，并通过在写入电压设置之前输入写入地址，选择性地仅将电压施加到必要的区域。这种方法减少了在写入操作期间施加电压的区域上的寄生电容负载，从而减少了电压建立时间。结果，写入操作的模式转换时间减少了大约30%，从而加快了写入操作。
瑞萨电子继续开发旨在将嵌入式MRAM技术应用于MCU产品的技术。这些新技术有可能显着提高内存访问速度，这是目前MRAM面临的一个挑战，超过100MHz，从而实现了具有嵌入式MRAM的更高性能的MCU。更快的写入速度将有助于更高效地向端点设备写入代码。瑞萨电子致力于进一步提高MCU的容量、速度和功率效率，以适应一系列新应用。
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