Renesas ha sviluppato tecnologie di circuito per una memoria embedded ad accesso random magnetoresistiva a coppia di spin-transfer (STT-MRAM, di seguito MRAM) con operazioni di lettura e scrittura veloci, realizzata con un processo a 22 nm.
Il chip di prova include un array di celle di memoria MRAM da 32 megabit (Mbit) e raggiunge un accesso random in lettura di 5,9 nanosecondi (ns) a una temperatura massima di giunzione di 150°C e un throughput in scrittura di 5,8 megabyte al secondo (MB/s).
1. Tecnologia di lettura veloce con circuito di amplificazione ad alta precisione
Le MRAM utilizzano celle di memoria che includono dispositivi a giunzione magnetica a tunnel (MTJ) in cui gli stati di alta e bassa resistenza corrispondono a valori di dati rispettivamente pari a 1 e 0 per memorizzare le informazioni. Un amplificatore di senso differenziale distingue tra i due stati leggendo la differenza di tensione nella velocità di scarica tra la corrente della cella di memoria e la corrente di riferimento. Tuttavia, poiché la differenza di corrente della cella di memoria tra gli stati 1 e 0 è minore per la MRAM rispetto alla memoria flash, la differenza di tensione letta dall'amplificatore di senso è minore. Anche se il tempo di scarica viene prolungato per ottenere differenze di tensione più ampie tra i nodi di ingresso differenziali dell'amplificatore di rilevamento, entrambi i nodi di ingresso sono suscettibili di scaricarsi completamente prima di garantire la differenza di tensione necessaria. Questo problema è particolarmente sentito alle alte temperature.
Per risolvere questo problema, Renesas ha introdotto una nuova tecnologia che utilizza l'accoppiamento capacitivo per aumentare il livello di tensione dei nodi di ingresso differenziali, consentendo all'amplificatore differenziale di rilevare una differenza di tensione anche quando la differenza di corrente delle celle di memoria è piccola, ottenendo un'operazione di lettura rapida e ad alta precisione.
2. Tecnologia di scrittura veloce con ottimizzazione del numero di bit di scrittura simultanei e tempo di transizione di modalità ridotto
Dopo le tecnologie di scrittura ad alta velocità per le STT-MRAM integrate annunciate nel dicembre 2021, la nuova tecnologia raggiunge una velocità ancora maggiore accorciando il tempo di transizione di modalità durante le operazioni di scrittura.
Questa tecnologia divide le aree a cui viene applicata la tensione di scrittura e, inserendo l'indirizzo di scrittura prima dell'impostazione della tensione di scrittura, applica selettivamente la tensione solo all'area necessaria. Questo metodo riduce il carico capacitivo parassita sull'area in cui viene applicata la tensione durante l'operazione di scrittura, riducendo il tempo di impostazione della tensione. Di conseguenza, il tempo di transizione dalla modalità all'operazione di scrittura si riduce di circa il 30%, accelerando le operazioni di scrittura.
Renesas continua a sviluppare tecnologie finalizzate all'applicazione della tecnologia MRAM integrata nei prodotti MCU. Queste nuove tecnologie hanno il potenziale per aumentare drasticamente la velocità di accesso alla memoria, che attualmente rappresenta una sfida per le MRAM, fino a superare i 100 MHz, consentendo di realizzare MCU più performanti con MRAM integrate. La maggiore velocità di scrittura contribuirà a rendere più efficiente la scrittura di codice sui dispositivi endpoint. Renesas è impegnata ad aumentare ulteriormente la capacità, la velocità e l'efficienza energetica delle MCU per soddisfare una serie di nuove applicazioni.
