Verdict結論
MRAM與NAND快閃記憶體最大的差異在於「儲存資料的物理原理」。MRAM以磁穿隧接面(MTJ)的磁化方向記錄資料,具備寫入1~10ns的高速性與實質上無限制(10¹²次以上)的抹寫耐久度,適合嵌入式記憶體與車用用途。NAND則以累積電荷記錄資料,寫入需100μs~數ms,TLC的耐久度約3,000~10,000次,但容量大、成本低,最適合作為儲存裝置。
主要差異
| 比較項目 | MRAM(STT-MRAM) | NAND快閃記憶體(TLC/QLC) |
|---|---|---|
| 寫入速度 | ~1~10ns(接近SRAM的高速) | 100μs~數ms(以頁為寫入單位) |
| 讀取速度 | 約10~30ns | 數十μs~數ms |
| 抹寫耐久度 | 實質上無限制(10¹²~10¹⁵次以上) | TLC:約3,000~10,000次,QLC:約1,000次 |
| 功耗 | 待機功耗低,寫入時需要脈衝電流 | 需要高電壓寫入(約15~20V的程式化電壓) |
| 資料保存期間 | 10年以上(有支援−40~150℃的產品) | TLC:5~10年(高溫及大量抹寫後會縮短) |
| 抗輻射性 | 高(磁化方向對輻射的耐受性強) | 低(浮閘會發生電荷流失) |
| 單元位元密度 | 低於NAND(不適合大容量儲存) | TLC:3bit/cell、QLC:4bit/cell,高度積體化 |
| 主要用途 | 車用微控制器(取代eFlash)、IoT、穿戴式裝置、工業設備 | SSD、智慧型手機儲存、資料中心 |
| 代表產品與廠商 | 格羅方德22FDX eMRAM、三星eMRAM、Everspin | 三星、鎧俠、Western Digital、美光、SK海力士 |
eMRAM(嵌入式MRAM)在車用與IoT普及的原因
車用微控制器過去的主流做法是以快閃記憶體(eFlash)儲存程式碼,但在22nm以下的製程節點,eFlash已難以微縮。eMRAM容易整合至28nm~22nm FDSOI等製程節點,在高溫操作(超過150℃)、高抹寫耐久度與抗輻射性方面都優於eFlash。瑞薩RH850等新一代車用微控制器正逐步採用eMRAM。
NAND快閃記憶體短期內仍維持儲存主流的原因
MRAM在速度與耐久度上表現優異,但位元成本高於NAND,不適合大容量儲存。透過3D NAND(超過200層)持續提升容量、降低成本的NAND快閃記憶體,預計到2030年代仍將是SSD與資料中心儲存的主流。MRAM與NAND依用途明確區隔,彼此是互補而非競爭關係。
常見問題
MRAM何時會搭載於智慧型手機?
目前要大規模用於智慧型手機的主儲存仍有困難。由於位元成本高於NAND,不適合大容量儲存。不過eMRAM已有作為部分IoT穿戴式裝置及Arm Cortex-M系列微控制器嵌入式記憶體的採用實績。
SOT-MRAM與STT-MRAM有何不同?
STT-MRAM(Spin Transfer Torque,自旋轉移力矩)是讓寫入電流直接流經MTJ的方式,為目前的主流。SOT-MRAM(Spin-Orbit Torque,自旋軌道力矩)則將寫入與讀取的電流路徑分開,能以更高速、更低電流寫入,作為新一代技術正持續研究中。
MRAM可以直接替換一般的快閃記憶體嗎?
若是介面相容產品(NOR相容MRAM等),有時可以替換。但由於寫入協定與電壓不同,能否在不變更設計的情況下直接相容,需依產品個別確認。