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2. TSMC e ITRI sviluppano una nuova memoria esotica con latenza e consumo energetico radicalmente inferiori - La memoria basata su MRAM può anche effettuare le proprie operazioni di calcolo

TSMC e l'Istituto di Ricerca Tecnologica Industriale di Taiwan (ITRI) hanno annunciato di aver sviluppato congiuntamente un chip di memoria SOT-MRAM, un tipo di memoria non volatile che offre bassa latenza e consumo energetico ridotto. Questo tipo di memoria potrebbe essere utilizzato per architetture di calcolo in memoria e cache di ultimo livello. Sebbene la tecnologia SOT-MRAM sia promettente, non è probabile che sostituisca presto la SRAM. Tuttavia, potrebbe essere molto utile per le applicazioni di calcolo in memoria se TSMC riuscisse a renderla più conveniente.

TSMC e l'Industrial Technology Research Institute (ITRI) di Taiwan hanno annunciato giovedì di aver sviluppato congiuntamente un chip di memoria a accesso casuale magnetico a coppia di spin-orbita (SOT-MRAM), risultato di un programma di sviluppo congiunto annunciato nel 2022. Il dispositivo di memoria può essere utilizzato per architetture di calcolo in memoria e cache di ultimo livello, vantando non volatilità, basse latenze e un consumo energetico pari all'1% di quello del MRAM a trasferimento di spin (STT).

In teoria, il SOT-MRAM ha numerosi vantaggi che lo rendono utilizzabile per cache e applicazioni in memoria. Il SOT-MRAM può potenzialmente offrire una densità maggiore rispetto alla SRAM, che difficilmente scala con le ultime tecnologie di produzione. Essendo non volatile, non consuma nemmeno energia quando non è in uso (a differenza della SRAM), il che è vantaggioso sia per i data center che per le applicazioni a batteria. Il SOT-MRAM è teoricamente in grado di raggiungere latenze fino a 10ns, che sono certamente più lente rispetto alla SRAM (la latenza di lettura e scrittura della SRAM è tipicamente compresa tra 1 e 2ns), ma è leggermente più veloce della DRAM (DDR5 ha una latenza di circa 14ms) e considerevolmente più veloce della NAND 3D TLC (che ha latenze di lettura tra 50 e 100 microsecondi).

'Questa cella unitaria raggiunge contemporaneamente un basso consumo energetico e un'operazione ad alta velocità, raggiungendo velocità fino a 10ns', ha detto il Dr. Shih-Chieh Chang, Direttore Generale dei Laboratori di Ricerca dei Sistemi Elettronici e Optoelettronici presso l'ITRI. 'Le sue prestazioni di calcolo complessive possono essere ulteriormente migliorate quando integrate con il design del circuito di calcolo in memoria. Guardando avanti, questa tecnologia ha il potenziale per applicazioni nell'elaborazione ad alte prestazioni (HPC), nell'intelligenza artificiale (AI), nei chip automobilistici e altro ancora.'

La memoria a accesso casuale magnetico a coppia di spin-orbita (SOT-MRAM) e il MRAM a trasferimento di spin (STT) sono tipi di tecnologia di memoria non volatile che utilizzano stati magnetici per memorizzare i dati. Sia il SOT che il STT MRAM, la cella di memoria si basa su una struttura chiamata giunzione tunnel magnetica (MTJ) che comprende uno strato magnetico sottile libero e fisso (ad es. CoFeB) impilati verticalmente con uno strato dielettrico molto sottile (ad es. MgO) interposto tra di essi, e uno strato di 'metal pesante' (ad es. Tungsteno) aggiuntivo adiacente a uno degli strati magnetici.

I dati vengono scritti nella cella di memoria cambiando la magnetizzazione dello strato libero (che agisce come lo strato di 'memorizzazione' nella cella di memoria MRAM) facendo passare una corrente attraverso lo strato di metallo pesante, che genera una corrente di spin e la inietta nello strato magnetico adiacente, invertendo la sua orientazione e quindi cambiando il suo stato. La lettura dei dati comporta la valutazione della magnetoresistenza del MTJ dirigendo una corrente attraverso la giunzione. La principale differenza tra STT- e SOT-MRAM risiede nella geometria di iniezione di corrente utilizzata per il processo di scrittura, e apparentemente il metodo SOT garantisce un consumo energetico e una longevità del dispositivo inferiori.

Anche se il SOT-MRAM offre un consumo energetico inattivo inferiore rispetto alla SRAM, ha bisogno di correnti elevate per le operazioni di scrittura, quindi il suo consumo energetico dinamico è ancora piuttosto elevato. Inoltre, le celle SOT-SRAM sono ancora più grandi delle celle SRAM e sono più difficili da realizzare. Di conseguenza, sebbene la tecnologia SOT-SRAM sembri promettente, è improbabile che sostituirà la SRAM nel breve termine. Tuttavia, per le applicazioni di calcolo in memoria, il SOT-MRAM potrebbe avere molto senso, se non ora, ma quando TSMC imparerà a produrre SOT-MRAM in modo economico.