存储器在电子系统中无处不在，而且用途广泛：从存储数据到缓存、缓冲，以及最近开发出的（存内）计算。我们都知道，存储器的种类非常多：从发热的快速易失性片上SRAM（静态随机存储）缓存，到低温的慢速高能耗非易失性存储闪存，再到多层片外DRAM（动态随机存储）缓冲器和工作存储模块。打个比方，存储器的竞争就像半导体行业内的“欧冠联赛（Champions League）”：相同的球队，相同的体系，年年都赛。
然而，过去数十年里有太多的技术承诺还没有实现，人们却又开始挑战更新的存储器技术，似乎已准备好跻身最高级别的存储器竞争中。微控制器中使用的嵌入式磁性RAM（MRAM）模块和数据存储芯片中的独立XPoint存储器模块现如今都属于最前沿的技术，但只有时间才能证明哪些技术和应用会成功，哪些只不过是白忙活。
想要快速更换“球员的国籍”似乎是不太可能的。美国和亚洲公司将继续占领市场，留给世界其他地区的只有残羹剩饭。欧洲在存储器市场一直处于边缘地位，如今更是濒临出局。虽然欧洲仍拥有几家第一梯队的芯片厂商，但在终端用户市场所占的份额却少得可怜。
加入存储器竞争需要大量资金支持（还是可以用足球联赛来比喻），欧洲的命运并不会突然发生逆转。但他们仍然有一线希望，这个希望来自科学家——没错，就是那些不断声称发现了“即将改变世界的新技术”的家伙，以及围绕这些新技术发展起来的新兴公司。
图1：自旋转移矩MRAM（STT MRAM）和自旋轨道转矩MRAM（SOT MRAM）。（图片来源：Antaios）
我们来聊聊MRAM。二十多年来，MRAM的倡导者一直相信，如果有一种能够在存储器的各层上使用的先进技术，就可以建立一个更好的（存储）世界。这项技术的开发者像是在豪赌，在经历了许多曲折和公关活动之后，业界似乎终于开始进行产品研发了。最新的产品是自旋转移矩MRAM（spin-transfer torque MRAM，简称STT MRAM），这种产品现已成为业界公认的嵌入式存储器选择方案，取代了作为先进技术节点的嵌入式闪存（图1）。与独立存储器所需的尖端技术相比，具有先进特征尺寸的嵌入式存储器更容易进入市场，所有的龙头代工厂现在都加入到STT潮流中。尽管实现量产还需假以时日，但MRAM成为主流已不再是“能否”，而是“何时”。
STT的路途漫长而曲折，它还需要很多科学技术上的突破，不仅是常规的工艺集成的突破，还需要结合基础材料和电子传输科学等，而这些都只存在于学术研究实验室中。当然，并非所有的科研工作都会成功，但某些研究，例如最近发现的自旋轨道转矩（SOT）现象，看起来就值得尝试。
STT陷入了“速度”、“耐用性”和“数据保存”的三方拉锯战，它无法同时满足这三方面的要求，而SOT则有望同时提供数据存储和缓存应用服务，从而取代几乎所有芯片中（从微控制器到微处理器和片上系统）的嵌入式闪存和嵌入式SRAM。完成SOT-MRAM的研究还需要一段时间，但是该技术的前景让所有的努力和付出都值得。
实际上MRAM并不是欧洲的发明，它基于自旋电子学，自旋电子学很早以前就有了，可追溯到2007年Albert Fert 和Peter Grünberg获得诺贝尔物理学奖。过去几年中，欧洲科学家也对此做出了极大的贡献，并申请了无数的关键专利。在欧盟的补贴下，欧洲顶级研究实验室培养了大量的高新技术专业人才。但是，大多数相关的资金和工作岗位却在实验室以外。
MRAM的最新发展能否帮助欧洲重新加入存储器竞争的行业？欧盟微电子技术中心（IMEC）已经拥有一条一流的MRAM试生产线，为该行业多个领先的公司提供服务；Arm公司是存储器IP和编译器的全球领导者，他们在法国南部的一个团队正努力研发第一个MRAM存储器编译器；位于德国Dresden的GlobalFoundries，也在其先进的制造工厂中提升STT产能。价值链上的许多创业公司都出自世界一流的自旋电子实验室，遍布整个欧洲大陆。例如，Hprobe致力于成为MRAM测试设备的领导者；Spin-Ion Technologies主攻工艺技术；法国的初创公司Antaios是SOT-MRAM技术的先驱，他们已经建立了重要的合作伙伴关系以证明SOT的价值，并将SOT从最初的实验室（Spintec）转移至合作工厂。
没有人会愚蠢到相信价值数十亿美元的SOT-MRAM超级工厂将建立在欧洲大陆。在一个高度全球化的生态系统中，欧洲想要在自己的后花园里自行开发新技术真是白日做梦。欧洲与美国和亚洲的工业巨头进行战略合作是不可避免的，但Antaios及其它创业公司还是有机会成为关键技术的供应商，并分得一杯羹。
无论如何，MRAM都会进入半导体市场。欧盟需要确保其核心技术处于最前沿并不断发展，从“有望成功”到未来成为“独角兽”（谁说得准呢）。但要做到这一点，需要的不仅仅是商誉。金钱到哪里都很有用，无论是风险投资、企业资金还是政府支持。要成为改变游戏规则的人，这笔钱必须给到产业链的最基层，给到初创公司和研究实验室。回到对足球的比喻，不仅富裕的老牌球队需要支持，年轻、充满希望且玩法新奇的新兴球队也需要支持。规模大的并不总是好的。
（原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版，参考链接：Can MRAM Get EU Back in the Memory Game?，由Jenny Liao编译。）
本文为《电子技术设计》2020年6月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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