新型存储技术引领MCU革命：MRAM、RRAM、PCM、FRAM

嵌入式闪存（eFlash）在28nm触达极限，限制了MCU制程的进一步发展。为突破这一瓶颈，厂商纷纷探索新型存储技术，包括磁存储器（MRAM）、相变存储器（PCM）、阻变存储器（RRAM）和铁电存储器（FRAM）。

其中，MRAM备受业界追捧，华为、台积电、三星等巨头均曾涉足。两年前，Coughlin Associates的Tom Coughlin和Objective Analysis的Jim Handy在报告中盛赞MRAM的前景，理由是MRAM类型丰富，应用前景广阔，综合优势明显。

早在2018年，业界就有“MRAM进驻MCU，28nm下将无闪存？”的言论。如今，MRAM不负众望，多个厂商相继发布带有MRAM的MCU。

MCU的存储革命

对于MCU来说，嵌入式闪存（eFlash）是一种常用的内置存储器（NVM）。随着片上内存容量增加和eFlash达到28nm以下极限，这种内存空间正在迅速变化。

为突破制程并加快NVM传输速度，大厂纷纷选择不同路线。英飞凌选择RRAM，推出AURIX TC4x系列MCU；意法半导体选择PCM，推出xMemory Stellar系列MCU；德州仪器选择FRAM，其MSP430系列拥有相关产品；瑞萨和恩智浦选择MRAM。

并不存在孰强孰弱的问题，每种新型存储都有其优势。不过，MRAM因其“全能手”特性被看好。

看懂eMRAM

MRAM结合了SRAM和DRAM的速度与面积优势，具有读写次数无限、写入速度快、功耗低等特点。目前实验室耐温可达-40℃~150℃，覆盖车规芯片要求。

MRAM由自旋电子特性组成，形成磁隧道结MTJ，即使断开电源也能保留数据。MRAM分为三代：第一代为磁场驱动型MRAM；第二代为STT-RAM；第三代包括SOT-MRAM和VCMA-MRAM。

目前第二代STT-MRAM占据主导地位，其在速度、面积、写入次数和功耗方面表现优异。而台积电也攻克了第三代SOT-MRAM产业化的关键问题。

将eMRAM应用到MCU中，具有低温度灵敏度、高良率、长耐用性等优点。尽管制造成本较高，但其高可靠性和低可变性使得面积高效且稳健。

瑞萨和恩智浦疯狂加码

恩智浦对MCU制程迭代投入极大。S32K5是其典型应用MRAM的案例，配置强大，兼具高性能、低功耗特点。

瑞萨则更偏向边缘AI，不仅用MRAM，还疯狂堆料、堆算力。今年推出的RA8P1系列MCU采用22nm ULL工艺制造，搭载MRAM。此外，瑞萨还推出了多款搭载MRAM的MCU产品。

写在最后

随着MRAM进入MCU，其迭代速度加快。磁作为一种长期使用的存储方式，正在不断被发扬。当然，也并不是说MRAM就是MCU的唯一选项，不同应用、场景需考虑不同存储技术的特性。

参考文献

[1]新思科技：https://www.synopsys.com/articles/future-nvm-memories.html

[2]新思科技：https://www.synopsys.com/blogs/chip-design/what-is-emram.html

[3]新思科技：https://mp.weixin.qq.com/s/j2Ps_mX7tAx2rgIUOV-3Zw

[4]https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwi8zPKBzbeQAxVMsVYBHYJDAuE4MhAWegQIJxAB&url=https%3A%2F%2Fwww.everspin.com%2Ffile%2F157512%2Fdownload&usg=AOvVaw2K7ISczLTp5Chh1iEZHOUy&opi=89978449

[5]hotchips：https://hc33.hotchips.org/assets/program/posters/HC2021.Antaios.BarryHoberman.vFinal01.pdf

[6]半导体行业观察：https://mp.weixin.qq.com/s/vXwt-I1L_PPD4EeQmQUUkw

[7]NXP：https://www.nxp.com/docs/en/brochure/BRMRAMTECHGUIDE.pdf

[8]https://www.mram-info.com/everspin-raised-29-million-global-foundries-western-digital-and-others