日本工研院（ITRI）與台積電宣布共同開發 低功耗自旋軌域扭矩磁性隨機存取記憶體（SOT-MRAM）陣列芯片。 這款突破性芯片采用獨特的記憶體計算架構設計，僅需傳統自旋轉移扭矩磁隨機存取記憶體（STT-MRAM）產品1%的功耗。兩家公司的成果代表了該領域的一個重要裏程碑。微電子學。
這一突破性的研究成果在 2023 年 IEEE 國際電子器件會議 (IEDM 2023) 上釋出，凸顯了記憶體技術這一進步的重要性和深遠影響。工研院張士傑博士概述了此次合作所取得的突破，強調了新型 SOT-MRAM 單元卓越的能源效率和高達 10 納秒 (ns) 的高速執行能力。
「該單元同時實作了低功耗和高速執行，速度高達10ns。當與儲存電路設計計算整合時，整體計算效能將進一步提升。該技術在高效能計算（HPC）方面具有潛在的套用前景。」 ）、人工智慧（AI）、汽車芯片等。」工研院電子與光電系統研究所所長張世傑解釋道。
理論上，SOT-MRAM 在緩存和記憶體套用中具有許多優勢。SOT-MRAM 有可能實作比 SRAM 更高的密度，而 SRAM 很難用現代制造技術進行擴充套件。它也是非揮發性的，因此（與 SRAM 不同）它在不使用時不會消耗功率，這對於數據中心和電池供電的套用都是有利的。SOT-MRAM 理論上能夠實作高達 10ns 的延遲，這肯定比 SRAM 慢（SRAM 的讀/寫延遲通常在 1-2ns 範圍內），但僅比 DRAM 稍慢（DDR5 的延遲約為 14ms）。比 3D TLC NAND 更快（讀取延遲為 50-100 微秒）。
自旋軌域扭矩 (SOT) 磁性隨機存取記憶體 (MRAM) 和 自旋轉移扭矩 (STT) MRAM 是一種使用磁態儲存數據的非揮發性儲存技術。在 SOT-MRAM 和 STT-MRAM 中，儲存單元都依賴於稱為磁隧道結 (MTJ) 的結構。MTJ 由垂直堆疊的自由和釘紮磁性層（例如 CoFeB）組成，其間夾有非常薄的介電層（例如 MgO）以及與其中一個磁性層相鄰的附加層。它由一層「重金屬」（例如鎢）。
電流透過重金屬層產生自旋電流並將其註入相鄰的磁性層，改變磁性層的方向並改變其狀態。數據讀出涉及使電流透過結並評估 MTJ 的磁阻。STT-MRAM 和 SOT-MRAM 之間的主要區別在於寫入過程中使用的電流註入幾何結構，SOT 方法顯然具有更低的功耗和更長的器件壽命。
雖然SOT-MRAM的待機功耗比SRAM低，但由於寫入操作需要大電流，動態功耗仍然相當高。此外，SOT-SRAM 單元仍然比 SRAM 單元更大且更難制造。因此，雖然 SOT-SRAM 技術看起來很有前途，但它不太可能很快取代 SRAM。然而，在記憶體計算套用中，SOT-MRAM 可能會產生很多影響。未來，一旦台積電學會如何經濟高效地制造SOT-MRAM，它將取代SRAM。
這一發展可能會進一步鞏固台灣在全球半導體行業的地位。工研院與台積電的成功合作，凸顯了台灣在下一代儲存技術方面的有利競爭，為未來的進步鋪平了道路，並樹立了半導體領域的新標桿。
