在当今移动计算日益普及的环境中，过去的存储技术已经显得力不从心。对于满足电子产品对存储体积更小的要求来说，磁阻随机存取存储器(MRAM)的出现是一个重大的进步。近年来，MRAM受到日益广泛的关注。MRAM可以作为通用存储器，而无需结合使用多种存储器。独立的MRAM芯片是SRAM的理想单组件替代产品，具有可靠经济的优点。MRAM还可以作为高速缓冲存储器、配置存储器，以及应用在其他任何能够利用MRAM的速度、灵活性、非易失性的解决方案中。通过在各种处理器和控制器芯片上嵌入MRAM，该技术有望实现更多激动人心的未来应用。
MRAM介绍
MRAM是一种非易失性的磁性随机存储器，所谓“非易失性”是指掉电后，仍可以保持存储内容的完整性，功能与 Flash相同；而“随机存取”是指处理器读取资料时，不一定要从头开始，随时可用相同的速率，从内存的任何部位读写信息。MRAM中每个存储元件采用磁隧道结（MTJ）设备来进行数据存储。MTJ由固定磁层、薄绝缘隧道隔离层和自由磁层组成。当向MTJ施加偏压时，被磁层极化的电子会通过一个称为穿遂（Tunneling）的过程，穿透绝缘隔离层。当自由层的磁矩与固定层平行时，MTJ设备具有低电阻；而当自由层的磁矩方向与固定层反向平行（anti-parallel）时，则具有高电阻。随着设备磁性状态的改变，电阻也会变化，这种现象就称为磁阻，“磁阻”RAM也因此得名。
与大部分其他半导体存储器技术不同，数据作为一种磁性状态（而不是电荷）存储，并且通过测量电阻来感应，不会干扰磁性状态。采用磁性状态存储有两个主要优点：1）磁场极性不像电荷那样会随着时间而泄漏，因此即使在断电的情况下，也能存储信息；2）在两种状态之间转换磁场极性时，不会发生电子和原子的实际移动，这样也不会有所谓的失效机制。在MRAM中使用的磁阻设备非常类似于在硬盘中使用的读取设备。
如图1所示，为了制造高密度存储器，MRAM单元排列在一个矩阵中，每个写入线横跨数百个或数千个位，如图2所示。在写入操作中，电流脉冲通过数字线和位线，只写入处在两线交叉点的位。在读取操作中，目标位的绝缘晶体管被打开，为MTJ施加偏压，将产生的电流与参考值进行比较，以确定其电阻状态是低还是高。
图1 1个晶体管,1个MTJ存储器单元的图解,显示了经过一个数据位上面和下面的写入线,以及读取电流路径.(略)
图2 存储器矩阵包括许多MRAM单元,带有用于进行交叉点写入的数据线和位线,以及由字线控制的隔离晶体管(略)
MRAM技术优势
与现有的 Flash、 SRAM、DRAM相比， MRAM由于拥有存取速度高、存取次数多、耗电量低及小体积、可嵌入，不会随着时间的推移而丢失数据等特性，较现有的其他存储产品在便携式电子产品的应用上更具优势。
首先，由于MRAM是非易失性的，所以完全关闭后，它会保留数据。由于不需要背景刷新，它能够在非激活状态下关闭MRAM。与DRAM相比，这可以大幅降低系统功耗。MRAM的简单集成体系使它能够更加轻松地嵌入。与SRAM相比，因为MRAM的单元尺寸更小，所以MRAM将在成本竞争上处于优势。它还是非易失性的，而对于SRAM而言，只有比较复杂和昂贵的电池备份解决方案才能实现这一点。与Flash相比，MRAM的写入性能更佳，因为它的穿遂模式不要求高电压，并且MRAM的写入速度相当快。因为功耗/位比Flash低几个数量级，MRAM在写入周期中消耗的电流更少。MRAM的耐久性是无限的，没有明显的或预计的磨损机制，而典型Flash的耐久性仅为105个写入周期。
飞思卡尔领先MRAM技术
在过去十年里，磁阻存储已经成为存储芯片行业的一个技术热点，很多公司不惜投入巨资展开研究，而飞思卡尔公司成为第一家提供商用产品的公司。2006年，全球第一款商用MRAM产品在飞思卡尔投入生产，飞思卡尔将其命名为MR2A16。该芯片基于Toggle写入模式，并与采用铜互连技术的CMOS相集成。飞思卡尔的MRAM单元采用单个晶体管和磁性隧道结构，结合其受专利保护的体系，以保证磁数据的可靠写入。在MRAM研发领域，飞思卡尔展示了Toggle
MRAM的可扩展性和可靠性，同时还在开发嵌入式MRAM，研究用于未来几代技术的新架构、材料和设备，从而继续保持其在MRAM研发方面的行业领导地位。
首款商用MRAM——MR2A16A
MR2A16A可以实现非常灵活的系统设计而不会导致总线竞争。MR2A16A带有单独的字节支持控制，各字节均可独立写入和读取。它的运行电压为
3.3V，读写周期为35ns。MR2A16A经济而又可靠，适用于多种商业应用，包括网络、安全、数据存储、游戏和打印机等。在需要永久存储和快速检索关键数据的应用中，MR2A16A都是理想的存储器解决方案(图3所示为MR2A16A
MRAM的显微照片)。
图3 MR2A16A MRAM的显微照片(略)
MR2A16A特性:
单个3.3V 电源
商用温度范围（0～70 C）
对称高速读写功能，存取访问时间短（35ns）
灵活的数据总线控制，8位或16位存取
相同的地址和芯片支持存取次数
带有低压抑制电路的自动数据保护功能可防止电源中断时写入数据
所有输入和输出都兼容晶体管-晶体管逻辑（TTL）
完全静态的操作
全面的非易失性操作，数据至少可保存10年
不难发现，MRAM的魅力在于兼具DRAM大容量与SRAM速度快的优点，且与Flash同属于非易失性存储，因此即使关机断电后，数据仍旧存在，而它比Flash的使用寿命更长、存取速度更快。在今日消费者需要大量且高速读写存储媒体的需求推动下，MR2A16A将有更广泛的应用前景。
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