MRAM 你的胃口有多大？

MRAM（Magnetoresistive Random Memory，又称磁性内存）最近比较出风头，新的技术突破让人们觉得它离我们越来越近，而其所替代的目标也让不少人激动不已……   MRAM最早在1984年由霍尼韦尔（Honeywell）公司的两名博士Arthur Pohm与Jim Daughton提出设想。它可以让内存像硬盘那样用磁性材料存储数据而不是用电子元件。用磁性材料存储的好处是显而易见的，那就是它是非易失性的，而且不需要刷新、回写（传统的DRAM的读取是破坏性的），所以这个构想非常吸引人。到了20世纪90年代，随着加工工艺与相关元件技术的进步，摩托罗拉（MOTOROLA）、IBM等半导体公司在MRAM领域取得了重大突破。2002年6月，摩托罗拉公司率先发布了1Mbit MRAM芯片的试制品，2003年4月，东芝（TOSHIBA）与NEC也发布了1Mbit的MRAM样品；2003年6月10日，IBM与英飞凌（Infineon）公布合作开发MRAM，争取在2005年将其商品化。除此之外，在内存领域里排不上名的索尼（SONY）也在2003年4月底公布开发MRAM。一时间，MRAM取代现有内存技术的声音不绝于耳，很多文章都将其矛头直指DRAM，言语之间十分兴奋。更有一些厂商的市场人员也在做近期取代DRAM地位的大胆猜测。   IBM开发的MRAM样品   然而，我并不认同这种分析，至少在MRAM的商品化初期，它的胃口不会如此之大，其首要目标将局限于非易失性存储器，即 RAM。要想全面替代DRAM（或SRAM），并不是那么轻易的，或者说它还没这个能力。   速度与容量：MRAM还有差距   就目前MRAM研发厂商所公布的试制品的成果来看，1Mbit MRAM的读/写寻址延迟为50ns，但即使如此，DDR-400的完全寻址延迟也只有45ns（以3-3-3最低指标为例，下同），假如控制器优化得当，将会保持在30ns之内，背靠背寻址则为15ns，相对于目前MRAM的50ns访问时间，仍有不小的优势。对于SRAM，就更不用说了，而且1T技术的流行也将大大弥补它的成本弱势。当然，到2005年，MRAM的访问速度也会进一步提高，摩托罗拉试验室曾将MRAM的随机寻址速度提高到14ns，但那时DDR-Ⅱ 533/667也将登上舞台，届时它的访问时间也必然会缩短。而且据IBM的研究表明，MRAM的寻址速度将随芯片内逻辑Bank容量的增加而降低，DRAM则没有这类的问题。摩托罗拉的256Kbit MRAM芯片的寻址速度是35ns，到了1Mbit则为50ns，这多少能说明一些问题。   再说带宽，目前的MRAM的工作频率还远比不上DRAM。以摩托罗拉的1Mbit样品为例，它的工作频率只有20MHz，每条数据线的理论传输率只有20Mbps，只相当于DDR-400芯片的1/20。所以，以目前的MRAM的带宽水平想去取代DRAM，并不是这一两年就能实现的目标。  
在容量方面，DRAM技术经过多年的发展已经相当成熟，成本控制也已非常完善。在容量上，256Mbit是当今的主力产品， 1Gbit也早已上市，SRAM则将向32Mbit以上进发。MRAM目前的试制品容量仅为1Mbit，而且若大规模增加容量就势必要增加逻辑Bank的数量，但这将增加芯片的控制难度，目前DDR-Ⅱ最高为8个逻辑Bank，RDRAM是32个，而IBM的研究表明，在目前的DRAM容量下，MRAM至少要具备50个逻辑Bank才能在综合性能上与SDRAM（4个逻辑Bank）抗衡。但若不增加逻辑Bank数量就要对逻辑Bank扩容，可这又会影响寻址速度（尤其是逻辑Bank容量超过8Mbit后，影响更为明显）。所以，MRAM虽然可以使用与DRAM同样先进的生产工艺，但扩容的实际问题并不是那么好解决的（理论上都好办），另外MRAM存储单元占用面积过大，生产工艺复杂也是影响其增加容量的一个障碍。虽然MRAM采用XPC架构（Cross Point memory Cell，交叉点存储单元）以缩小芯片面积，但仍不太成熟，目前还没有经受过大容量/高密度的考验（如磁交叉干涉现象）。   “对手”的进步与选择   很多人都坚定的说DRAM将被MRAM所替代，而且只说DRAM，似乎MRAM只为替代DRAM而生。不错，MRAM在飞速前进，但DRAM军团也没有闲着，上文已经讲到了目前DRAM所具备的优势。而DDR-Ⅱ之后的DDR-Ⅲ也已经提到日程上来了，第一个版本DDR-Ⅲ 800预计在2007年推出，数据传输频率将达到800MHz（时钟频率400MHz，内核频率100MHz），每个时钟周期只有2.5ns，这就意味着最快的寻址时间将缩短至7.5ns（假设CL=3，背靠背寻址）。而在另一方面，RDRAM也不见得不会卷土重来，假如不是权利金的问题，它的每字节数据串行传输的设计就有可能发扬光大。PS3继续采用RDRAM就是一个有力的证实。而且，最遭人怀疑的就是其非易失性的特点对于普通的电脑（包括笔记本电脑）能有多大的用处呢？而且是不是必需的呢？PC上STD与STR休眠技术已经有多年的历史了，他们在普通用户群中的应用率又有多高呢？至于MRAM的低能耗特性，在笔记本电脑领域倒是相对于DRAM的一个优势，不过MRAM现在还没有大容量商品化，最终的能耗水平还不能用现有的低频1Mbit样品来衡量（20MHz/25mW，DDR-400芯片的能耗大约为1W）。   因此，MRAM将DRAM作为近几年替代的对象，不尽合理，也很牵强。在我的眼中，这甚至有些一厢情愿的想法，就如当初的Intel推RDRAM一样。恕我直言，MRAM在很长时间内并没有足够的性能与功能上的实力去替代现有的DRAM。   这样一来，将Flash RAM定为它的替代目标将是更为现实的选择，与之相比，MRAM就有不小的优势，而且Flash RAM所针对的一些领域（如掌上设备）也适合为MRAM定制开发控制器，而这个控制器与DRAM是很难兼容的（这也就意味着，它无法短期内消除DRAM通用市场上的兼容压力，但SDRAM向DDR SDRAM过渡却很轻易）。在最近国外的一些MRAM的报道中，已经不在用市场或公关人员那种善于煽动的言语来形容MRAM。IBM在与英飞凌合作时发布的新闻稿中也只说了将在2005年用MRAM取代部分现有的内存技术。而摩托罗拉在宣传其1Mbit样品时，其未来的主要目标市场也锁定在PDA、手机等掌上设备，以减化这些设备中存储部分的设计为主要目的。   由此，可以看出厂商们也越来越务实了。那么我们也就没必要再去为MRAM过早地大唱赞歌。     展望 胃口取决于市场的需求   其实，我并不否认MRAM有可能会取代现有的DRAM与SRAM，究竟技术总是要进步的，内存也是如此。从这点来说，DRAM与SRAM被替代肯定是早晚的事情。要害就在于，我们怎么去看这个日程表，进而如何去准确的表达。归根结底，内存的更新交替在于新产品在速度、容量与成本的进步与协调上，只要能达到相关市场的要求，也就到了DRAM与SRAM退休的时候了。但是当我们冷静地去看待MRAM时，它并不能迅速挑起大梁。国内的相关报道与文章中，多少体现了一种盲目的情绪，这有厂商的煽动的成分，也有一些作者的“激情”作怪。
  DVD的出现并没有让CD迅速走向灭亡，尽管它的优势明显，但也没有厂商会放弃兼容读取CD的设计（这也是在通用市场上兼容性的影响力）。DVD刻录机也已经有4年多的历史，可现在热卖的仍是CD-RW，这就很能说明问题。厂商看重的是技术发展，但推动产品换代的则是用户的习惯。Intel有违市场需求强推RDRAM的结果有目共睹，所以MRAM的最终胃口有多大，还是用户说了算。其实很多时候，技术并不能决定一切，MO在专业光存储市场渐渐失利，但以它为技术基础的MD却在数字音乐领域里持续发展，PD光驱的失败也没有阻止相变技术的应用，现在它又出现在OUM身上。所以，我们不应迷信技术，而更应关注市场（用户）的需求。   MRAM会不会迅速取代Flash RAM之外的内存？现在，也许你已经有答案了……