NECs Flash-Alternative MRAM erreicht 400 MHz

Fortschritte bei totgeglaubter Speichertechnik

Trotz zahlreicher Konkurrenz bei der Entwicklung von Universalspeichern, die die Vorteile von DRAM und Flash vereinen sollen, forscht NEC weiter an seinem "Magnetoresistive Random Access Memory", kurz MRAM. Inzwischen gibt es Fortschritte und eine neue Positionierung: MRAM soll in SoCs für Unterhaltungselektronik Platz finden.

Bereits in den 1990er Jahren gab es Überlegungen, die Information in Speicherbausteinen nicht mehr mit elektrischen, sondern magnetischen Ladungen zu speichern. Der größte Vorteil: Die Speicher verlieren ihre Daten nicht, wenn der Strom abgeschaltet wird. Das kann jedoch auch der allgegenwärtige Flashspeicher. Er ist aber immer noch um Größenordnungen langsamer als dynamischer Speicher (DRAM). MRAM sollte die Leistungen von DRAM erreichen.

Die Wissenschaftler träumten schon davon, einen Universalspeicher gefunden zu haben, der als Arbeitsspeicher für einen Prozessor wie auch als Massenspeicher dienen könnte. Das sollte die Integration von Chips noch weiter vorantreiben, was die Geräte billiger macht und manche mobile Anwendungen erst ermöglicht. Doch den größten Nachteil von MRAM, den hohen Leistungsbedarf beim Schreiben, bekamen Unternehmen wie NEC, die neben Siemens, Toshiba und Freescale die Entwicklung vorantrieben, nie wirklich in den Griff. Zwar fertigt unter anderem Freescale MRAMs für Spezialanwendungen in Serie, die Technik fristet aber ein Schattendasein.

In einem ausführlichen Artikel von Nikkei Electronics Asia beschreibt NEC-Forscher Tadahiko Sugibayashi den Schreibstrom immer noch als großes Problem. Die Prototypen von MRAM-Chips, die NEC in 150 Nanometern Strukturbreite gebaut hat, brauchen immer noch rund 1 Milliampere - er ist aber zuversichtlich, den Strom auf 0,2 Milliampere senken zu können.

Bei der Geschwindigkeit sind jedoch deutliche Fortschritte zu verzeichnen. Die MRAMs von NEC arbeiten schon bei 400 MHz und sollen 1 GHz erreichen. Das reicht laut Sugibayashi für fast alle Anwendungen aus, "außer bei einigen schnellen Mikroprozessoren", wie der Entwickler schreibt.

Gedacht ist die neue MRAM-Generation vor allem für Unterhaltungselektronik und mobile Geräte wie Smartphones. Bei Ersteren sollen die Chips auch im Stand-by vollständig abgeschaltet werden, bei Letzteren die höhere Integration Vorteile bringen. Statt eigener Speicherchips strebt NEC den Bau von Systems-on-a-Chip (SoCs) an, auf denen MRAM-Zellen integriert werden können. Das klappt bereits mit Halbleitern mit vier Metalllagen.

SoCs mit MRAM können so, beispielsweise in einem LCD-Fernseher oder einem digitalen Videorekorder, komplett abgeschaltet werden, ohne ihre Daten zu verlieren. Die langen Einschaltzeiten von heutigen digitalen Videorekordern oder Blu-ray-Playern kommen vor allem daher, dass ein bei dieser Aufgabe langsamer Prozessor sein Betriebssystem und die Anwendungen aus einem ebenfalls langsamen Flash-Speicher lesen muss. Schneller geht es nur, wenn die Geräte diese Bausteine nicht abschalten - das treibt aber die Stand-by-Leistung auf ein Mehrfaches.

Einen Zeitrahmen für die Serienanwendung von MRAM nennt der NEC-Mitarbeiter vorsichtigerweise nicht. Die ersten Planungen für die neue Technik gingen noch von der massenhaften Anwendung Mitte der 2000er Jahre aus. Um die Nachfolge von Flash streiten sich zudem auch noch andere Techniken wie PRAM, FeRAM, der Memristor und seit neuestem CMOx.