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Imec und Globalfoundries entwickeln Spin-Magnetspeicherchips

Klasissche MRAMs auf einem Wafer des US-Unternehmens Everspin. Foto: Everspin

Klassische MRAMs auf einem Wafer des US-Unternehmens Everspin. Foto: Everspin

STT-MRAMs sollen PCs und Handys schnelleres und größeres Gedächtnis verpassen

Löwen/Dresden, 22. Mai 2013: Der Chip-Auftragsfertiger Globalfoundries (GF) und das belgische Hableiter-Forschungszentrum Imec in Löwen wollen gemeinsam eine neue Generation von Magnet-Chips entwickeln, die in Zukunft dank einer Spin-Steuerung mehr und schneller Daten speichern können sollen als herkömmliche Speicher-Bausteine, wie sie in heutigen Computern oder Handys verbaut werden. Das teilten GF Dresden und das Imec nun mit. Dabei handelt es sich um sogenannte STT-MRAMs, also Spintransfer-Drehmoment-Magnetspeicher.

Leistungssprung durch Spintronik erwartet

In solchen Chips werden Informationen nicht elektrisch, sondern magnetisch abgespeichert. Sie können sich die Daten auch ohne ständige Stromzufuhr „merken“. Umgeschaltet werden sie durch polarisierte Ströme, deren Elektronen alle das gleiche Quantendrehmoment („Spin“) haben.

Bisher sind MRAMs kaum über Kleinserien hinausgekommen, da sie aufwendig zu produzieren und damit teuer sind. Zudem ließen ihre Schaltgeschwindigkeiten und ihre Speicherdichte in der Vergangenheit zu wünschen übrig. Durch die STT-Technologie soll sich das ändern: Imec und GF wollen unter anderem die Architektur und Fertigung von STT-MRAMs erproben, deren Strukturen weniger als zehn Nanometer (Millionstel Millimeter) messen und die in weniger als einer Nanosekunde schalten. Sollte dies gelingen, könnten solcherart ausgerüstete künftige Rechner- und Computertelefon-Generationen bedeutend mehr Platz für Programme und Daten bieten – bei eher moderatem Stromverbrauch.

Globalfoundries-Experte: MRAMs könnten Flash-Speichern den Rang ablaufen

„Wir würden uns kaum an diesem Projekt beteiligen, wenn wir nicht davon ausgehen würden, dass wir damit recht bald zur Industriereife gelangen können“, betonte Gerd Teepe von Globalfoundries. Weil solche MRAM-Speicher auch dichter gepackt werden könnten als zum Beispiel klassische Flash-Bausteine, wie sie heute in vielen Tablett-Rechnern und Computertelefonen verbaut werden, könnten diese leistungsfähigen Speicher langfristig wohl auch billiger herstellbar sein als Flash-Chips.

An dem Forschungsprogramm nimmt außerdem der fabriklose Chip-Designer Qualcomm – selbst ein GF-Kunde – teil. GF selbst war bisher eher als Auftragshersteller von Prozessoren und anderen Logik-Chips denn als Speicherhersteller bekannt. Insofern betritt hier auch Globalfoundries Neuland. Heiko Weckbrodt

Hintergrund Flash contra MRAM:

Anders als die schnellen, aber „dementen“ dRAM-Chips, die ihre Informationen verlieren, wenn der Computer ausgeschaltet wird, „merken“ sich nichtflüchtige Speicher Daten bis zu 20 Jahre lang. Klassicherweise wird dafür heute die Flashtechnologie eingesetzt. In diesen Chips tunneln Elektronen durch Sperrschichten in eine Art elektrischen Container, in dem sie nahezu dauerhaft eingeschlossen bleiben – bis sie durch einen starken Steuerstrom wieder abgesaugt werden. Um die Elektronen „einzumauern“, sind indes dicke Oxid-Schichten notwendig, die nur schwer unter Strukturgrößen von etwa 40 Nanometern verkleinerbar sind.

Dies ist bei MRAMs anders: Dort werden bisher durch starke Steuerströme, die wiederum elektromagnetische Felder erzeugen, die Spins von Elektronen in speziellen magnetischen Materialschichten „eingefroren“ – dadurch „merkt“ sich die Speicherzelle Informationen fast dauerhaft magnetisch statt elektrisch. Bei STT-MRAMS können nun aber schwächere Steuerströme – die direkt durch die Zellen fließen – genutzt werden und damit können auch die Transportwege für den Strom kleiner konstruiert werden. hw

 

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  1. Thomas Mikolajick sagt

    „Weil solche MRAM-Speicher auch dichter gepackt werden könnten als zum Beispiel klassische Flash-Bausteine, wie sie heute in vielen Tablett-Rechnern und Computertelefonen verbaut werden, könnten diese leistungsfähigen Speicher langfristig wohl auch billiger herstellbar sein als Flash-Chips“

    Die Zahlen hinter dieser Aussage fände ich spannend. Meine Zahlen dazu: Größter monolitischer NAND Flash chip der derzeit (von Samsung, Micron, Toshiba/SanDisk) verkauft wird: 128G(!)b. Größter monolitischer STT-MRAM, der von Everspin an ausgewählte Kunden als erste Muster ausgeliefert wird (noch nicht in der Massenproduktion): 64M(!)b. Das sind ca. 3 GRÖSSENORDNUNGEN(!) Vorteil in der Packungsdichte bei NAND Flash im Vergleich zum besten derzeit bekannten STT-MRAM. Das Ganze drückt sich dann auch entsprechend in den Kosten pro bit aus. Da brauche ich schon extrem viel Fantasie, um die obige Aussage nachvollziehen zu können.

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