SOT-MRAM: TSMC hilft bei Entwicklung des möglichen SRAM-Nachfolgers

Bei der Entwicklung von SOT-MRAM, einer neuen Variante der nichtflüchtigen Speichertechnik Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM), will TSMC mitmischen. Mit dem größten Auftragsfertiger für Halbleiter im Rücken blicken Forscher in Taiwan voller Erwartungen in die Zukunft.

Die Meldung kommt nicht von TSMC selbst, sondern vom Industrial Technology Research Institute (ITRI) in Taiwan, das über eine mit TSMC vereinbarte Kooperation bei der Entwicklung von SOT-MRAM-Chips informiert. Die Partner haben bereits im Vorfeld diesbezüglich zusammengearbeitet und ihre Fortschritte in Forschungspapieren veröffentlicht. Das Titelbild zeigt die bisherigen SOT-MRAM-Array-Chips auf einem Wafer.

Latenz wie DRAM bei nun weniger Energie

Die gemeinsam entwickelte SOT-MRAM-Zelle soll eine Latenz von 10 Nanosekunden erreichen, was dem Niveau von DRAM entspricht, aber nicht ganz an SRAM heranreicht. Im Gegensatz zu SRAM und DRAM ist MRAM aber nicht flüchtig, kann Daten also auch ohne bestehende Stromzufuhr vorhalten. SRAM wird aktuell beispielsweise als Cache auf CPUs und GPUs eingesetzt, wohingegen DRAM gemeinhin als Arbeitsspeicher dient.

Die Leistungsaufnahme ist aber noch eine Hürde, bei der der neue Spin-Orbit-Torque Magnetic Random-Access Memory (SOT-MRAM) den bereits seit Jahren kommerziell verfügbaren Spin-Transfer Torque Magnetic Random-Access Memory (STT-MRAM) aber um Längen schlagen soll. ITRI wirbt jetzt damit, dass der Stromverbrauch des mit TSMC entwickelten „SOT-MRAM-Array-Chips“ nur einem Prozent des Energiebedarfs eines nicht näher beschriebenen STT-MRAM-Produkts entspreche.

STT-MRAM wird primär von der Firma Everspin angeboten und wird etwa bei der Luft- und Raumfahrt kommerziell eingesetzt. Bis SOT-MRAM als nunmehr dritte Generation MRAM den Markt erreicht, dürfte es aber noch eine ganze Weile dauern.

SOT-MRAM-Forschung in Europa

Auch in Europa wird an SOT-MRAM geforscht. Das in Belgien ansässige Forschungszentrum imec hatte erst im Dezember 2023 seine Fortschritte präsentiert. Auf dem International Electron Devices Meeting 2023 (IEEE IEDM 2023) wurde ein SOT-MRAM beschrieben, der mit Schaltzeiten unterhalb einer Nanosekunde sogar SRAM ersetzen könnte und als Kandidat für Last-Level-Cache in Mikroprozessoren gehandelt wird. Die Haltbarkeit, also die Zahl der möglichen Schreibzyklen, gehe gegen unendlich. Auch hier wurde mit einem sehr geringen Energiebedarf geworben.

Vor einigen Jahren hatte die französische Firma Antaios auf der Hot Chips 33 über die potenziellen Vorzüge von SOT-MRAM referiert und die Prognose abgegeben, dass die Technik 2024 den Markt erreicht. Das dürfte zeitlich etwas zu optimistisch gewesen sein, doch mit TSMC ist nun zumindest ein Halbleitergigant bei der Forschung im Boot.

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