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컴퓨터 / 하드웨어 : 컴퓨터와 하드웨어, 주변기기에 관련된 이야기, 소식, 테스트, 정보를 올리는 게시판입니다.

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참고/링크 https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/event/1224746.html

인텔과 IBM은 대규모 마이크로 프로세서의 캐시로 쓰기 위한 STT-MRAM(스핀 주입 자기 메모리) 기술을 개발하고 그 내용을 2019년 12월 9일의 IEDM 2019에서 발표했습니다. 모두 L3와 L4 같은 라스트 레벨 캐시(LLC)를 위한 STT-MRAM 기술입니다.

 

STT-MRAM은 전원을 꺼도 데이터가 사라지지 않으며(비휘발성), 데이터 기록 속도가 빠르고 저장 밀도가 비교적 높다는(1개의 트랜지스터와 1개의 기억 소자로 메모리 셀을 구성) 특징이 있습니다. LLC는 원래 SRAM 기술이나 임베디드 DRAM(eDRAM) 기술을 썼던 분야입니다.

 

SRAM 기술은 저장 밀도가 낮으며(6개의 트랜지스터로 메모리 셀을 구성), 대기 상태의 소비 전력이 비교적 큽니다(누설 전류가 있습니다). eDRAM 기술은 대기 상태의 소비 전력이 크다는(리프레시 전류가 필요합니다) 단점이 있습니다. 따라서 STT-MRAM 기술로 대체하면 실리콘 면적을 줄이고 대기 상태의 소비 전력을 크게 줄일 수 있습니다.

 

photo001.jpg

 

인텔은 용량이 1GB인 L4 캐시 STT-MRAM 기술을 목표로연구를 진행 중입니다. 목표 스펙은 리프레시 시간이 20ns 이하, 판독 시간이 4ns, 재기록 사이클 수명이 10의 12승 이상, 동작 온도 범위는 -10~110도, 데이터 보존 시간은 1초(110도의 온도에서), 자기 터널 접합 MTJ의 직경은 55nm 이하입니다.

 

photo002_o.jpg

 

MRAM의 적용 영역을 eDRAM으로 확대해 쓰기 시간을 줄이고 재기록 수명을 늘립니다.

 

photo004_o.jpg

 

인텔은 IEDM 2018에서 22nm 저전력 공정인 22FFL (22nm FinFET Low power)를 사용하는 임베디드 MRAM 기술을 발표했습니다. 이 임베디드 MRAM 기술은 2층 금속 배선 M2와 4층 금속 배선 M4 사이에 기억 소자인 MTJ를 형성합니다. 트랜지스터 공정 기술에 의존하지 않으나 MTJ 메모리 셀의 크기가 커진다는 단점이 있습니다. 사진 중앙이 22nm FinFET입니다. 오른쪽은 새로 개발하는 FinFET L4 MRAM 셀이고, 왼쪽은 10nm 공정의 FinFET SRAM입니다. 

 

photo003_o.jpg

 

올해 발표한 L4 MRAM 기술은 MTJ 메모리 셀을 줄여 임베디드 MRAM보다 저장 밀도가 크게 향상됩니다. MTJ의 직경은 eMRAM가 70~80nm인 반면, 캐시 MRAM은 55nm 이하로 줄어듭니다. 메모리 셀의 면적은 eMRAM이 0.0486제곱μm (제조 공정은 22nm 세대)인데 캐시 MRAM는 0.015제곱μm 이하, 1/3 아래로 줄어듭니다.  

 

photo005.jpg

 

인텔은 1GB 캐시의 기본 메모리 서브 어레이로 2MB(16Mbit) 매크로를 시연했습니다. 랜덤 쓰기의 오류율은 10일 동안 10 승(전원 전압 1.1V, 온도 80 ℃)~10의 마이너스 6승(전원 전압 1.0V, 온도 영하 10 ℃)였습니다. 오류 정정 회로 (ECC)로 불량을 수정할 수 있는 수준입니다.

 

photo006_o.jpg

 

재기록 사이클은 BER이 10의 마이너스 6승, 펄스 폭 20ns, 온도가 105 ℃에 전원 전압 1.1V인 조건에서 1.1✕10 10승 사이클. 전원 전압 1.15V 조건에서 10의 9승 사이클이었습니다. 전원 전압을 1.0V로 낮추면 재기록 사이클이 10의 12승으로 늘어날 것이라 전망됩니다.

 

photo007_o.jpg

 

IBM은 LLC를 위한 4K비트의 STT-MRAM을 만들고, 2ns의 짧은 시간이 리프레시가 가능하다는 점을 시연했습니다. MTJ의 직경은 49nm로 상당히 작습니다. 트랜지스터 회로의 제조 기술은 알려지지 않았습니다. 254개의 메모리 셀에서 2ns의 갱신 속도와 10의 마이너스 6승의 쓰기 오류율을 확인했습니다.  

 

 

photo008.jpg

 

 

쓰기 시간을 3ns로 늘리면 더욱 안정적으로 동작합니다. MTJ의 직경이 43nm인 MRAM에선 256개의 메모리 셀을 선택했는데 모든 셀에서 3ns의 갱신 속도와 10의 -6승의 오류율이 나왔습니다. 1개 메모리 셀의 쓰기 오류율을 아주 낮은 수준으로 낮췄습니다.

 

기록 전류는 160μA로 상당히 큽니다. 쓰기 동작에 따라서 쓰기 전류가 급격히 늘어난다는 약점이 있습니다. SRAM을 대체하려면 개량이 필요하리라 보입니다.

 


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  • profile
    Retribute      안녕하세요. 행복한 하루 되세요. https://blog.naver.com/wsts5336     2020.01.27 13:14
    인텔이 죽어도 옵테인(MRAM) 관련 기술을 안놓던 이유가 있긴 있었군요, 드디어 빛을 발할 때가 된 건가봅니다.
  • ?
    헤즈 2020.01.27 13:18
    옵테인은 PRAM 입니다
  • profile
    Retribute      안녕하세요. 행복한 하루 되세요. https://blog.naver.com/wsts5336     2020.01.27 13:23
    헷갈렸네요, 삼성이 주도하던게 M램이고 인텔이 주도하던게 P램이었죠..
  • ?
    skymont 2020.01.27 16:35
    삼성이 M램을 주도한다는 건 오해의 소지가 있어 보입니다.
    M램도 독립형 MRAM과 임베디드 MRAM이 있고요. 또한 M램도 분야별로 선두업체가 달라지기 때문이고요.
    독립형 MRAM은 에버스핀(Everspin Technologies)이 가장 앞선 업체라고 봅니다.
    또한 에버스핀(Everspin Technologies)은 MRAM 초기형, 혹은 MRAM을 최초로 제품화하고 양산판매 기업이기도 하고요.
    삼성은 임베디드 MRAM에서 선두업체가 아닐까 생각합니다.


    에버스핀, 1Gb 용량의 STT-MRAM 생산
    https://gigglehd.com/gg/index.php?mid=hard&page=63&document_srl=5134841

    마침내 제품화가 시작된 스핀 주입 메모리
    https://gigglehd.com/zbxe/8883047

    삼성이 1Gbit의 대용량 임베디드 MRAM을 개발
    https://gigglehd.com/gg/index.php?mid=hard&search_target=tag&search_keyword=mram&document_srl=6265039
  • profile
    슬렌네터      Human is just the biological boot loader for A.I. 2020.01.27 13:17
    캐쉬빨로 승부보겟다는건지...

    하지만 14나노- _-
  • ?
    아범테크 2020.01.27 13:18
    그나저나 캐시에 비휘발성 특성이 필요할려나요?
  • profile
    TundraMC      자타공인 암드사랑/GET AMD, GET MAD. Dam/컴푸어 카푸어 그냥푸어/니얼굴사... 2020.01.27 13:25
    뭐 전기를 덜먹겠죠?(...)
  • profile
    Retribute      안녕하세요. 행복한 하루 되세요. https://blog.naver.com/wsts5336     2020.01.27 14:03
    휘발성이 붙으면 일반적인 DRAM과 다를게 있을까요?
  • ?
    아범테크 2020.01.28 09:53
    뭐 L1~L2에 쓰는 SRAM처럼 속도가 빠르다면야 DRAM이랑 차이를 만들 수 있겠죠
  • ?
    skymont 2020.01.27 16:42
    CPU는 모르겠지만...;;
    SSD에는 의미가 있어 보입니다.
    D램과 비슷한 성능과 + SSD 신뢰도 및 안전성 향상 2마리 토끼를 잡을 수 있기 때문인 것 같습니다.


    엔터프라이즈 SSD에서 MRAM을 버퍼로 사용

    다른 쪽에선 MRAM 스토리지를 저장 매체가 아닌 SSD의 버퍼 메모리에 쓰려는 움직임이 있습니다. 낸드 플래시 메모리 기반 SSD는 일반적으로 DRAM 버퍼 메모리를 탑재합니다. 낸드 플래시 메모리는 데이터 기록에 시간이 걸리기에, 데이터를 빠르게 기록할 수 있는 DRAM을 버퍼로 삼아 쓰기 성능의 저하를 억제합니다.

    그러나 SSD 전원이 어떤 이유로던 갑자기 끊기면 DRAM 버퍼의 데이터가 사라집니다. 이 데이터 손실을 방지하기 위해 DRAM 버퍼를 탑재한 SSD엔 대용량 캐패시터도 들어갑니다. 그럼 전원 공급이 끊겨도 대용량 캐패시터가 전원을 일시적으로 유지하고, 그 사이에 DRAM 버퍼의 데이터를 낸드 플래시 메모리에 기록합니다.

    대용량 캐패시터는 두가지 단점이 있습니다. 하나는 캐패시터가 SSD 내부에서 공간을 차지하기에, 정작 데이터를 저장할 낸드 플래시 메모리를 넣을 공간이 줄어듭니다. 위 이미지에선 4개의 낸드 플래시 메모리에 해당되는 공간을 차지하고 있지요. 또 대용량 캐패시터는 전자 부품으로서의 신뢰도가 떨어져 SSD의 고장 요인이 됩니다.

    후략...

    낸드의 10배, 옵테인의 2배 속도. MRAM SSD
    https://gigglehd.com/gg/hard/3907766
  • ?
    Unnamed 2020.01.27 17:22
    저는 듣기로는 셀 리프래시가 필요 없어서 전기를 덜 먹는건 물론 그 리프래시를 안해도 되서 속도 이점도 있다곤 하더라고요.
  • ?
    아범테크 2020.01.28 09:47
    흐음 특성이 뭔가 SRAM이랑 플래시의 짱뽕같은 그런 느낌인가보네요.
  • profile
    검사      BLACK COW IN YOUR AREA 2020.01.27 13:48
    내년의 하이엔드 컨슈머 PC는 L1234-RAM-OPTANE-SSD-HDD가 되러나요?
  • profile
    title: AMD벨드록 2020.01.27 14:20
    흠… 전원 꺼지고도 안사라지면 저거 때문에 또 보안이슈터지는 건 아니겠죠??
  • ?
    아범테크 2020.01.28 09:55
    그러게요. 캐시가 비휘발성이면 가능성이 없지 않네요.
  • ?
    로리링 2020.01.27 15:13
    경쟁력 있는가 다른 대체제 생각하면
  • profile
    유우나      7460 2020.01.27 17:16
    역시 메모리 만들던 회사답군요
  • ?
    마라톤 2020.01.27 18:29
    좋은 정보 감사합니다. ^_^

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