近日，北京航空航天大學黨委常委、副校長趙巍勝，分享了MRAM最新進展及未來發展趨勢。
MRAM的前身是磁儲存，其是人工智能時代的根技術，如今數據中心中有70%以上的數據依舊保存其中。十年前就有不少專家認為未來磁儲存將被SSD完全取代，然而十年後，磁儲存依舊是最重要的儲存技術。
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磁儲存技術的發展歷程
首先是技術突破， 磁儲存技術自誕生以來，致力於解決資訊儲存與讀取的關鍵技術難題。1992 年美國 MIT 與 IBM 聯合研發出穿隧磁阻技術，基於自旋電子與量子穿隧效應，成為現代大容量硬碟讀取技術的核心。1996 年摩托羅拉引領的寫入技術取得突破，並於 2004 年廣泛套用。制造方面采用前端半導體與後端自旋電子的混合整合技術，2006 年成功量產首顆芯片，在航空航天、飛機制造等領域占據核心地位，中國 C919 大飛機也采用了磁儲存芯片。
其次是技術演進與套用拓展， 1996 年開始，IBM 等企業在微縮技術上努力，提高了儲存效率。過去 20 年，日本東北大學與北航分別解決第二代磁儲存技術 STT-MRAM 的核心問題，2018 年進入量產階段，全球多家代工廠具備生產能力，專利布局日趨完善。近年來，磁儲存技術套用領域不斷擴充套件，在汽車產業展現巨大潛力，預計到 2030 年市場規模達數十億美元。第一代磁儲存芯片雖占市場主流（占有率約 80%），但整合度問題促使業界探索新技術。
在套用案例方面， 華為智能手錶等消費級產品率先采用磁儲存技術，顯著提升了待機時間與效能。同時，在車載電子和數據中心領域，磁儲存技術也展現出強大的競爭力，成為降低功耗、提升算力密度的關鍵解決方案。特別是在數據中心，磁儲存技術的套用能夠大幅最佳化功耗問題，滿足日益增長的數據儲存需求。在一些套用中， MRAM可以被看做是 NOR FLASH的替代者，但是和SRAM相比，MRAM的速度、可擦寫次數等方面還存在不足。
於是，第三代自旋儲存技術SOT MRAM的研發成為國際科技競爭的新焦點。基於自旋協同曲技術的第三代磁儲存芯片，有望在密度、功耗及算力密度上實作突破性進展，成為未來算力芯片的重要支撐。 SOT MRAM也是目前唯一一個能夠取代SRAM的技術方案。
02
未來發展機遇與挑戰
就當前國際上涉足該領域的公司所關註的問題以及在未來可能會面臨的挑戰，趙巍勝指出以下幾點：
一是 MRAM 是否有希望替代 DRAM。 從自然界第一性原理來看，最佳資訊載體並非電容，而 1970 年發現的釩鐵磁這種物理現象，兩個原子湊到一起可代表 0 和 1，有望帶來 10 納米的突破。第三代自旋芯片可能突破 10 納米限制，北航和華為長期在此領域合作。大容量芯片的出現可能使未來的 HBM 發生顛覆性變化，只有 MRAM 能與 DRAM 匹配，從而解決 DRAM 功耗問題。
二是存算一體是否有希望替代馮諾依曼架構。 傳統 AI 芯片采用馮諾依曼架構，雖有人期待存算一體替代它，但實作起來非常困難。
三是量子計算技術的發展。量子計算雖有趣但難以套用到手機手表等小型器材。
關於對未來的展望，過去十年，中國在該領域從一無所有發展到現在基本形成產業鏈，涵蓋制造、設計、裝備、套用等環節。未來十年，三代產品將並列發展，持續快速增長。第一代繼續在工業領域、航空航天套用；第二代在 IoT 終端、車載、數據中心持續增長；第三代是中國真正的自主發展機會，若能重點發展第三代，實作對前兩代的替代，將是重要機遇。
