글로벌 파운드리가 제공하는 임베디드용 비 휘발성 메모리의 목록. 가로축은 쓰기 수명, 세로축은 저장 용량입니다. MRAM은 오른쪽 끝, 최상위 제품에 해당합니다. IEDM이 12월 3일에 발표한 슬라이드에서.

 

반도체 제조 파운드리인 글로벌 파운드리가 마이크로 컴퓨터와 SoC에 임베디드 메모리를 제공하고 있습니다. 올해 9월에 임베디드 메모리 제품 계열에 스핀 주입형 자기 메모리인 STT-MRAM을 추가한다고 발표한 바 있습니다.

 

STT-MRAM은 DRAM 수준의 빠른 읽기/쓰기 성능과, 10년 이상의 데이터 저장 기간, 100만번의 재기록 수명을 지닌 비 휘발성 메모리입니다. 플래시 메모리 대신 이를 쓰면 데이터 기록이 빠를 뿐만 아니라 재기록 수명이 크게 늘어납니다. SRAM 대신 쓰면 재기록에는 제한이 있으나 대기 상태에서 리프레시할 필요가 없으니 전력 사용량이 크게 줄어듭니다. 

 

12월 3일에 개최된 IEDM에서 글로벌 파운드리는 자사가 제공하는 임베디드용 STT-MRAM의 제품과 기술을 공개했습니다.

 

 

플래시 메모리를 대체하는 제품, SRAM을 대체하는 제품을 따로 준비

 

글로벌 파운드리는 임베디드용 STT-MRAM을 eMRAM이라 부릅니다. eMRAM은 크게 두가지의 제품이 있습니다. 하나는 플래시 메모리를 대체하는 eMRAM-F입니다. 다른 하나는 SRAM을 대체하는 eMRAM-S입니다. eMRAM-F와 eMRAM-S는 데이터 리프레시와 저장 성능이 다릅니다. 

 

플래시 메모리를 대체하는 eMRAM-F는 데이터 보존 기간이 15년으로 깁니다. 데이터 재기록 횟수는 1억번. 데이터 읽기 시간은 25ns. 데이터 쓰기 시간은 200ns 이하입니다. 이에 비해 SRAM을 대체하는 eMRAM-S는 데이터 재기록이 100조번입니다. 대신 데이터 저장 기간은 1달로 짧습니다. 데이터 읽기 시간은 5ns, 쓰기 시간은 10ns로 빠릅니다.

 

임베디드용 플래시 메모리와 임베디드용 MRAM(eMRAM-F와 eMRAM-S)의 비교

 

플래시 대체용과 SRAM 대체용은 제조 공정도 다름 

 

eMRAM-F와 eMRAM-S는 제조 기술도 다릅니다. eMRAM-F은 FD-SOI로 만듭니다. 우선 22nm 세대를 쓰고 나중에 12nm로 미세화합니다. eMRAM-S는 벌크 실리콘 FinFET 기술로 제조합니다. 처음에는 14nm FinFET로 시작해 나중에 7nm가 됩니다.

 

eMRAM-F와 eMRAM-S 제조 기술과 로드맵

 

첫 번째는 플래시를 대체하는 MRAM 

2017년 9월에 발표된 건 22nm의 FD-SOI로 제조하는 eMRAM-F입니다. 즉 플래시 메모리를 대체하는 메모리입니다. 저장 용량은 2Mbit(512KB)~32Mbit(4MB)로 마이크로 컴퓨터의 프로그램을 저장하기엔 충분합니다. 디자인 키트는 이미 제공 중.내년 1분기에 나오며 생산은 연말. 우선 컨슈머와 임베디드용이 나오며 자동차용은 2020년입니다. 

 

 

임베디드용 플래시의 미세화가 멈추다

여기서 중요한 것이 임베디드 플래시의 미세화 추세입니다. 글로벌 파운드리가 제시한 로드맵에선 2018년에 40nm 세대의 CMOS로 자동차용 임베디드 플래시를 제공합니다. 22nm 세대의 eMRAM은 2세대 정도 차이가 있습니다. 플래시 메모리는 삭제와 쓰기에 높은 전압을 필요로 하기에 미세화가 어려워지고 있습니다.

 

 

글로벌 파운드리가 제시한 주요 임베디드용 비 휘발성 메모리 제조 기술 로드맵

 

즉 2xnm 세대의 eFlash은 앞으로 나오지 않을 가능성이 있습니다. 그 대신 2xnm 세대 이상에서 eFlash의 역할을 담당하는 것이 eMRAM이 됩니다. 글로벌 파운드리는 eMRAM가 eFlash와 임베디드 DRAM9eDRAM), 느린 SRAM을 대체하는 후보가 될 것이라고 이야기합니다.

 

임베디드용 플래시 메모리(eFlash)의 미세화가 어려워지는 상황과 임베디드용 자기 메모리(eMRAM)가 앞으로의 주역임을 설명하는 슬라이드

 

그러나 STT-MRAM의 제조는 매우 어렵습니다. CMOS 로직의 제조 공정에 마스크를 3장만 더하면 되지만, nm 오더의 매우얇은 막을 수십층 만들어야 합니다. 이러면 생산 물량이 줄어들어 가격이 비싸지기에 처리량을 높이려는 노력이 필요합니다.