近日，北京航空航天大学党委常委、副校长赵巍胜，分享了MRAM最新进展及未来发展趋势。
MRAM的前身是磁存储，其是人工智能时代的根技术，如今数据中心中有70%以上的数据依旧保存其中。十年前就有不少专家认为未来磁存储将被SSD完全取代，然而十年后，磁存储依旧是最重要的存储技术。
01
磁存储技术的发展历程
首先是技术突破， 磁存储技术自诞生以来，致力于解决信息存储与读取的关键技术难题。1992 年美国 MIT 与 IBM 联合研发出隧穿磁阻技术，基于自旋电子与量子隧穿效应，成为现代大容量硬盘读取技术的核心。1996 年摩托罗拉引领的写入技术取得突破，并于 2004 年广泛应用。制造方面采用前端半导体与后端自旋电子的混合集成技术，2006 年成功量产首颗芯片，在航空航天、飞机制造等领域占据核心地位，我国 C919 大飞机也采用了磁存储芯片。
其次是技术演进与应用拓展， 1996 年开始，IBM 等企业在微缩技术上努力，提高了存储效率。过去 20 年，日本东北大学与北航分别解决第二代磁存储技术 STT-MRAM 的核心问题，2018 年进入量产阶段，全球多家代工厂具备生产能力，专利布局日趋完善。近年来，磁存储技术应用领域不断扩展，在汽车产业展现巨大潜力，预计到 2030 年市场规模达数十亿美元。第一代磁存储芯片虽占市场主流（占有率约 80%），但集成度问题促使业界探索新技术。
在应用案例方面， 华为智能手表等消费级产品率先采用磁存储技术，显著提升了待机时间与性能。同时，在车载电子和数据中心领域，磁存储技术也展现出强大的竞争力，成为降低功耗、提升算力密度的关键解决方案。特别是在数据中心，磁存储技术的应用能够大幅优化功耗问题，满足日益增长的数据存储需求。在一些应用中， MRAM可以被看做是 NOR FLASH的替代者，但是和SRAM相比，MRAM的速度、可擦写次数等方面还存在不足。
于是，第三代自旋存储技术SOT MRAM的研发成为国际科技竞争的新焦点。基于自旋协同曲技术的第三代磁存储芯片，有望在密度、功耗及算力密度上实现突破性进展，成为未来算力芯片的重要支撑。 SOT MRAM也是目前唯一一个能够取代SRAM的技术方案。
02
未来发展机遇与挑战
就当前国际上涉足该领域的公司所关注的问题以及在未来可能会面临的挑战，赵巍胜指出以下几点：
一是 MRAM 是否有希望替代 DRAM。 从自然界第一性原理来看，最佳信息载体并非电容，而 1970 年发现的钒铁磁这种物理现象，两个原子凑到一起可代表 0 和 1，有望带来 10 纳米的突破。第三代自旋芯片可能突破 10 纳米限制，北航和华为长期在此领域合作。大容量芯片的出现可能使未来的 HBM 发生颠覆性变化，只有 MRAM 能与 DRAM 匹配，从而解决 DRAM 功耗问题。
二是存算一体是否有希望替代冯诺依曼架构。 传统 AI 芯片采用冯诺依曼架构，虽有人期待存算一体替代它，但实现起来非常困难。
三是量子计算技术的发展。量子计算虽有趣但难以应用到手机手表等小型设备。
关于对未来的展望，过去十年，我国在该领域从一无所有发展到现在基本形成产业链，涵盖制造、设计、装备、应用等环节。未来十年，三代产品将并行发展，持续快速增长。第一代继续在工业领域、航空航天应用；第二代在 IoT 终端、车载、数据中心持续增长；第三代是我国真正的自主发展机会，若能重点发展第三代，实现对前两代的替代，将是重要机遇。
