Verdict結論
ReRAM與MRAM最大的差異在於「改變電阻的物理原理」。ReRAM是在金屬氧化膜中形成・消除導電細絲來改變電阻的方式,MIM(金屬-絕緣體-金屬)結構簡單、適合微縮,也能低電壓寫入,但因細絲劣化,寫入耐久度僅屬中等。MRAM(特別是STT-MRAM)則以磁穿隧接面(MTJ)的磁化方向改變電阻,具備10¹²次以上的高寫入耐久度,以及逼近SRAM的讀寫速度。
主要差異
| 比較項目 | ReRAM(電阻式記憶體) | MRAM(磁阻式記憶體) |
|---|---|---|
| 記憶原理 | 以金屬氧化膜中導電細絲的形成/消除改變電阻 | 以磁性層(MTJ)的磁化方向改變電阻 |
| 單元結構 | MIM(金屬-絕緣體-金屬),結構簡單・適合微縮 | 磁穿隧接面(MTJ)+選擇電晶體 |
| 寫入耐久度 | 中等(細絲劣化是課題) | 高(10的12次方次以上,部分用途近乎無限) |
| 速度 | 高速寫入・低電壓 | 高速(STT-MRAM讀寫逼近SRAM) |
| 變異・課題 | 細絲形成的變異・資料保存特性 | 寫入電流・微縮時的熱穩定性 |
| 主要用途 | 嵌入式eNVM・IoT・邊緣AI | 取代嵌入式SRAM/快閃記憶體・快取・車用 |
ReRAM的定位
ReRAM的魅力在於MIM結構的簡單性,適合微縮與交叉點(cross-point)堆疊。寫入高速・低電壓,比快閃記憶體容易使用;另一方面,確保因細絲形成變異所帶來的良率與資料保存特性,是量產化的關鍵。其在微控制器內嵌的eNVM及IoT用低功耗記憶體上的應用持續推進。
MRAM的定位
MRAM(STT-MRAM)以磁穿隧接面的磁化方向保存資料,具備極高的寫入耐久度與高速性。台積電、三星、格羅方德(GF)等已量產嵌入式MRAM,用以取代SRAM/嵌入式快閃記憶體。微縮時的磁化熱穩定性與降低寫入電流是技術課題。
如何選用
需要高寫入耐久度與高速性的快取/快閃記憶體替代適合MRAM;追求簡單結構、低成本、高密度的嵌入式非揮發性記憶體則適合ReRAM。兩者與PCM(相變化記憶體)並列為新世代NVM,正依用途特性分別選用。
常見問題
ReRAM與MRAM哪一個寫入耐久度較高?
MRAM(特別是STT-MRAM)的寫入耐久度較優異,可承受10的12次方次以上的寫入。ReRAM屬中等,細絲材料的劣化是耐久度上的課題。
它們會取代快閃記憶體嗎?
並不會立即取代大容量儲存用途的NAND快閃記憶體。目前主要作為內嵌於微控制器的嵌入式非揮發性記憶體(eNVM),或SRAM/嵌入式快閃記憶體的替代方案推進實用化。
與PCM有什麼不同?
PCM(相變化記憶體)以材料的結晶/非晶相改變電阻。ReRAM以氧化膜中的導電路徑、MRAM以磁化方向改變電阻,這3種方式作為新世代NVM並存。