O conjunto TSMC cria uma nova memória exótica com latência e consumo de energia radicalmente mais baixos – a memória baseada em MRAM também pode conduzir suas próprias operações de computação

A TSMC e o Instituto de Pesquisa de Tecnologia Industrial de Taiwan (ITRI) anunciaram na quinta-feira que desenvolveram em conjunto um chip de matriz de memória magnética de acesso aleatório (SOT-MRAM) de torque de rotação-órbita, o resultado de um programa de desenvolvimento conjunto que o conjunto anunciou em 2022. O dispositivo de memória pode ser usado para computação em arquiteturas de memória e cache de último nível, apresentando não volatilidade, baixas latências e consumo de energia que é 1% do MRAM de torque de transferência de spin (STT).

Em teoria, o SOT-MRAM tem inúmeras vantagens que o tornam utilizável para caches e aplicativos na memória.  SOT-MRAM pode potencialmente oferecer maior densidade do que SRAM, que mal se adapta às mais recentes tecnologias de produção.  Sendo não volátil, também não consome energia quando não está em uso (ao contrário da SRAM), o que é benéfico tanto para data centers quanto para aplicações de energia de bateria.  SOT-MRAM é teoricamente capaz de latências de até 10ns, o que é certamente mais lento em comparação com SRAM (a latência de leitura e gravação de SRAM está normalmente na faixa de 1-2ns), mas é um pouco mais rápida que DRAM (DDR5 tem latência em torno de 14ms) e consideravelmente mais rápido que o 3D TLC NAND (que tem latências de leitura entre 50 e 100 microssegundos).

"Esta célula unitária atinge simultaneamente baixo consumo de energia e operação em alta velocidade, atingindo velocidades de até 10 ns", disse o Dr. Shih-Chieh Chang, Diretor Geral de Laboratórios de Pesquisa de Sistemas Eletrônicos e Optoeletrônicos do ITRI.  "Seu desempenho geral de computação pode ser aprimorado ainda mais quando integrado à computação no projeto de circuitos de memória. Olhando para o futuro, esta tecnologia tem potencial para aplicações em computação de alto desempenho (HPC), inteligência artificial (IA), chips automotivos e muito mais."

Memória de acesso aleatório magnética de torque de rotação-órbita (SOT-MRAM) e MRAM de torque de transferência de rotação (STT) são tipos de tecnologia de memória não volátil que usa estados magnéticos para armazenar dados.  Tanto no SOT quanto no STT MRAM, a célula de memória depende de uma estrutura chamada junção de túnel magnético (MTJ) que compreende uma fina camada magnética livre e fixa (por exemplo, CoFeB) empilhada verticalmente com uma camada dielétrica muito fina (por exemplo, MgO) imprensado entre eles, e uma camada adicional de 'metal pesado' (por exemplo, tungstênio) adjacente a uma das camadas magnéticas.

Os dados são gravados na célula de memória alterando a magnetização na camada livre (que atua como camada de 'armazenamento' na célula de bits MRAM) passando uma corrente através da camada de metal pesado, que gera uma corrente de spin e a injeta no camada magnética adjacente, mudando sua orientação e, assim, alterando seu estado.  A leitura de dados envolve a avaliação da magnetorresistência do MTJ direcionando uma corrente através da junção.  A principal diferença entre STT e SOT-MRAM reside na geometria de injeção atual usada para o processo de gravação e, aparentemente, o método SOT garante menor consumo de energia e longevidade do dispositivo.

Embora a SOT-MRAM ofereça menor potência em standby do que a SRAM, ela precisa de altas correntes para operações de gravação, portanto seu consumo dinâmico de energia ainda é bastante alto.  Além disso, as células SOT-SRAM ainda são maiores que as células SRAM e são mais difíceis de fabricar.  Como resultado, embora a tecnologia SOT-SRAM pareça promissora, é improvável que substitua a SRAM tão cedo.  No entanto, para aplicativos de computação em memória, SOT-MRAM pode fazer muito sentido, se não agora, mas quando a TSMC aprender como fazer SOT-MRAM de maneira econômica.