在现代标准计算机架构中，数据存储在内存芯片中，数据计算在处理器中进行。相比之下，内存计算是一种新的计算方式，旨在内存网络中同时执行数据存储和数据计算。由于该方案可以处理存储在内存本身的大量数据，而无需将数据传输，而且内存中的数据处理会以高度并行的方式进行，将可以大大降低功耗。因此，内存计算已成为实现下一代低功耗人工智能半导体芯片最有前途的技术之一。

三星的研究人员通过架构创新提供了解决方案，成功开发了一种MRAM阵列芯片，应用了名为“电阻总和（resistance sum）”新型内存计算架构，解决了单个MRAM器件的小电阻问题。三星的研究团队通过该MRAM芯片进行AI运算，并对其性能进行了测试，结果显示在手写数字分类方面的准确率达到了98%，而在场景中检测人脸方面的准确率达到了93%。

三星认为，MRAM芯片未来还能作为下载生物神经元网络的平台，因为其计算架构与大脑神经元网络较为类似。

群联称将推出企业级SSD控制器支持Everspin的STT-MRAM芯片，以作为写入缓冲器，实现更高效的I/O管理。将缓存换为STT-MRAM可以提升SSD的I/O性能，使SSD制造商能够更好地管理I/O流，从而实现更好地延迟确定性，提高QoS。同时STT-MRAM是具有非易失性的，所以可以在不适用超级电容器的情况下实现断电保护，而且这也会简化SSD的电路结构，并通过更多的3D NAND闪存封装提升SSD的容量，最终达到提升SSD性能及可靠性的目的。

现款群联PS5016-E16主控及SSD

在不久前Everspin宣布开始生产容量为1Gb的STT-MRAM存储器，相对于此前同类产品的容量有了明显提升，而且由于采用了标准8bit及16bit的DDR4接口，兼容JEDEC标准的BGA封装，所以适用性也有了很大的提升。

虽然这些芯片作为SSD中的存储芯片容量依旧不够，但作为缓存芯片则拥有很多的优势。此次群联与Everspin合作，并为企业级SSD控制器带来原生STT-MRAM存储器提供原生支持，可以使得MRAM芯片向更广的应用范围推广，而且随着使用量的提高，成本也会逐渐降低。

Everspin宣布已完成1Gb的STT-MRAM（自旋扭矩传递磁阻随机存储器）的研发工作，将进入试生产阶段，采用28nm工艺制造。在去年Everspin就已经批量生产了256Mb的STT-MRAM存储芯片，让企业基础设施及数据中心增强其可靠性及性能。此次试生产的1Gb容量产品大幅提升了这类产品的容量的同时，也提供了更有效的I/O流管理、提高了其延迟确定性并允许存储OEM提供商为他们的产品显著提升服务质量。而采用1Gb容量的STT-MRAM存储设备作为存储和结构加速器、计算存储及其他应用的持久数据缓冲器，也可以实现类似的优势。

此次Everspin推出的1Gb STT-MRAM存储器使用了8bit及16bit的DDR4接口，兼容JEDEC标准的BGA封装方式，更增强了其适用性。

Everspin公司可能并不为读者所了解，这家公司在2008年从飞思卡尔半导体剥离，专注于研发MRAM磁阻随机存储器，其研发人员此前一直都在研发MRAM。

本次Everspin将STT-MRAM的容量提升至1Gb是这类产品的一个里程碑，但这个容量依旧不是很大，即使MRAM具有非易失性存储器的持久性，而且其随机性能很强，但是作为SSD等产品容量依旧不够，所以嵌入式设备更适合搭载MRAM存储芯片。随着今年开始越来越多的公司开始批量生产MRAM存储芯片，未来我们会更快见到MRAM产品的推出。

根据techpowerup的报道，EETimes上不久前发布了一份报告，该报告显示英特尔自己的商用MRAM（磁阻随机存取存储器）已经准备好大批量生产。MRAM主要利用磁致电阻的变化来表示二进制的0和1，从而实现数据的存储，是一种非易失性存储技术，这意味着即使断电情况下，它仍然会保留住信息，同时它还有不输于DRAM的容量密度及使用寿命，平均能耗也远低于DRAM。由于不管是DRAM内存还是NAND闪存，制程微缩已遭遇瓶颈，相对地，MRAM未来制程微缩仍有许多发展空间，MRAM因此备受期待，认为可以取代DRAM内存和NAND闪存。

周二提交这篇论文的英特尔工程师Ligiong Wei说，英特尔嵌入式MRAM技术可在200摄氏度下实现长达10 年的记忆期，并可在超过100万个开关周期内实现持久性。MRAM省电的特性，意味着英特尔嵌入式MRAM将很有可能先用于移动设备上。并且嵌入式 MRAM 被认为特别适用于例如物联网 (IoT) 设备之类的应用，也赶搭上 5G 世代的列车。

MRAM磁阻式随机存储芯片是下一代存储芯片的候选人之一，兼具非易失、高速度、高密度、低耗等各种优良特性，可说是集各种记忆体优点于一体的产品，因此被认为是电子设备中的理想存储器。只不过这些指标还是理论上的，MRAM芯片离取代内存、闪存的日子还早着呢，但在物联网、工业、汽车电子行业应用前景很广泛。

美国公司Avalanche主要研发ST- MRAM (自旋矩磁阻RAM)技术，日前他们宣布与UMC联电达成合作协议，共同研发MRAM芯片，同时联电也将透过Avalanche的授权提供技术给其他公司，并透过授权提供客户具有成本效益的28 奈米嵌入式非挥发性MRAM技术。

在28nm工艺之外，两家公司还考虑将合作范围扩展到28nm以下的工艺中去。

在联电之前，台积电也宣布使用28nm工艺生产eMRAM及eRRAM芯片，预计2018年底试产。三星早前宣布4nm工艺时也提到了会针对物联网市场推出28nm FD-SOI工艺，也会生产eMRAM存储芯片。Globalfoundries之前公布的22FDX工艺也同样针对低功耗的物联网市场，也会推进eMRAM芯片研发生产。

国内的中芯国际也针对下一代存储芯片布局了，去年初他们宣布已经出样40nm工艺的ReRAM芯片，这种芯片密度比DRAM内存高40倍，读取速度快100倍，写入速度快1000倍，耐久度高1000倍，单芯片（200mm2左右）即可实现TB级存储，还具备结构简单、易于制造等优点。

目前MRAM技术大都是基于ST（Spin-transfer torque，自旋钮转换）技术，Everspin公司的nvNITRO硬盘也不例外，它基于该公司的256Mb DDR3 ST-MRAM芯片打造，目前实现的容量是1GB和2GB，分别使用32颗、64颗ST-MRAM芯片，接口则是PCI-E 3.0 8x，HHHL半高半长规格，支持NVMe标准。

官方通告中没有提及随机读写速度，只给出了4K QD=32随机性能高达150万IOPS，延迟则只有6微秒，这个指标放在高端企业级SSD中也是非常强悍的，Aanandtech网站给出的两个例子就是Intel最强企业级硬盘DC P3700延迟有20微秒，HGST企业级SSD Ultrastar SN260硬盘随机性能也不过120万IOPS。

根据Everspin公司所说，他们预计Q2季度正式推出nvNITRO硬盘，会有U.2、M.2等其他规格的产品，容量也会涵盖512MB到8GB范围。

除此之外，今年晚些时候他们还会推出基于DDR4界面的1Gb ST-MRAM芯片，硬盘容量可以达到4-16GB了。

有关MRAM存储技术的背景可以参考我们之前的文章：下一代非易失性存储最强音，MRAM技术解析，Intel、IBM、三星、SK Hynix、高通等公司都在投入研发，不过日本公司在这个领域实力也很强大，除了东芝外，TDK也是重要的参与者，这次他们在日本Ceatec博览会上首次公开了MRAM晶圆，还有实际的性能演示。

TDK的MRAM技术基于STT（Spin-transfer torque，自旋钮转换），技术方案之前就有过了，不过TDK研究的是新方法，它以磁荷存储数据，通过STT效应命名数据状态，在写入数据时可以借此约束电子获得磁场强度变化。

从PCWORLD的报道来看，在展会现场TDK还做了STT MRAM与闪存的性能对比，左侧的是他们研发的STT MRAM平台，右侧的是NOR闪存，MRAM的性能是NOR闪存的7倍多。

目前MRAM技术依然在研发中，TDK通过旗下的Headway公司生产了8英寸的MRMA晶圆（第一张图所示）做测试用，不过Headway公司不具备大规模量产的能力，所以TDK以后还需要一家合作伙伴来帮他们生产MRAM。

在MRAM领域，TDK的主要对手是美国的Everspin公司，2年前他们也推出了ST MRAM芯片，而且是16Mb容量的，读写性能也非常惊人。

不过目前的MRAM技术都是镜中花水中月，理论优势很好，但是技术根本不成熟，而且自身也有天生劣势，距离实用还有很长一段距离的。

　　按照目前MRAM的发展进程，想要大规模投入使用MRAM，预计还得等到2018年，不过现在已经陆续有厂商推出MRAM产品，例如在本月中旬，美国Everspin技术公司就推出了ST-MRAM芯片，这种芯片存储速度是普通MLC芯片的500倍，已经达到了DRAM芯片的水平。

　　Buffalo Memory也在日前推出了SS6系列固态硬盘，该系列固态硬盘就配置了Everspin的DDR3 ST-MRAM芯片作为固态硬盘高速缓存。这种高速缓存采用WBGA封装设计，单颗容量为64Mb（8MB），最高频率为1600MHz，最高带宽为3.2GB/s，纳秒级延迟，从性能来说已经不输给DRAM芯片，而且由于断电不丢失数据，因此产品无需为缓存电路配置大容量电容或者是高级掉电保护技术。

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　　相比于现有的技术，MeRAM的主要优势是它将高密度、高速读写以及不易失性与低能耗结合起来，它有点类似于硬盘和NAND，但MeRAM的速度更快。

　　磁性存储器主要基于STT（自旋转移矩）技术，STT利用电流移动电子将数据写入内存。虽然在很多方面STT比其它存储技术更有优势，但它基于电流的写入机制需要一定的电量，导致它在写入数据的时候会产生热量。而且它的存储能力还受到数据大小的限制。

　　UCLA的研究小组已经用电压取代STT电流将数据写入存储，利用电势差进行磁位的转换，将数据写入存储器，这消除了通过导线移动大量电子的必要，减少了热量的产生，能源效率可以提高10倍到1000倍，而且存储密度也可以提高4倍，由于相同的物理区域可以存储更多的信息，每比特的成本也降低很多。

　　这个研究小组的主要负责人是UCLA的Raytheon电子工程学教授Kang L.Wang，另外还有首席作者Juan G.Alzate和UCLA-DARPA项目的项目经理Pedram Khalili。

　　这个研究成果最初是在今年12月12日的IEEE国际电子元件会议上发表的。

　　Grandis公司一直致力于MRAM技术的研发，其拥有的非挥发性存储技术让MRAM成为了DRAM和NAND闪存在未来的有力竞争者。而且在去年Grandis就和Hynix达成协议，并成功开发出制程为54nm的MRAM芯片，而目前主流的的MRAM工艺仍然是99nm。在三星完成对Grandis的收购后，后者将并入三星的存储技术研发部门，进一步对MRAM进行开发，并争取在5年内将MRAM的制程发展至20nm，让MRAM得以尽早量产。

　　这次东芝和海力士的合作主要是希望将MRAM技术产品化，早期的目标是研发MRAM与NAND闪存的混合存储产品，而后期目标则是进军PC内存和硬盘领域。不过虽然两者达成了合作协议，但具体的产品路线图仍未公布。