MRAM

Kirjeldus

Erinevalt tavalisest muutmälutehnoloogiast ei salvesta MRAM-mälu andmeid mitte elektri-, vaid magnetlaengute abil. Lihtsaima MRAMi konfiguratsiooni puhul on elemendid moodustatud kahest, õhukese isolatsioonikihiga eraldatud ferromagnetilisest plaadist, millest kumbki suudab hoida magnetvälja. Üks kahest plaadist on kindlale polaarsusele seatud püsimagnet, teist välja on mälu salvestamiseks võimalik muuta nii, et see oleks vastavuses ülejäänud väljaga.
Kõige lihtsam meetod mälust lugemiseks on elemendi elektritakistuse mõõtmine. Konkreetne element 
valitakse (tavaliselt) seotud transistori pingestamisega, mis lülitab voolu toitetorustikust
läbi elemendi maandamiseks. Magnetilise tunneli mõju tõttu muutub elektritakistus elemendis kahe plaadi välja orientatsiooni tõttu. Saadud voolu mõõtmisega tehakse kindlaks takistus igas konkreetses elemendis ja tuletatakse sellest kirjutatava plaadi polaarsus. Tavaliselt omistatakse sama polaarsusega plaatide korral sellele väärtus "1", vastupidise polaarsusega plaatide korral "0".
Andmed kirjutatakse elementidesse erinevate vahenditega. Kõige lihtsamal juhul jääb iga element kirjutamisridade paari vahel täisnurga all üksteise kohal või all elemendi suhtes. Kui vool on neid läbinud, siis tekib põhjustatud magnetväli nende ühendumiskohal, mille kirjutatav plaat üles korjab. See tegevusmuster sarnaneb 1960ndatel laialdaselt kasutusel olnud põhimälusüsteemi omaga. Selline lähenemisviis eeldab vajaliku välja loomiseks üsna märkimisväärset voolu, seega pole MRAM hea kui tahta kasutada väikest võimsust, see on ühtlasi ka üks MRAMi suuremaid miinuseid. Seadme suuruse vähendamisel saabub hetk, kui indutseeritud väli kattub külgnevate lahtritega üle väikese ala, mis võib põhjustada valekirjed. See probleem, pool-valitud (või kirjutamis häire) probleem, määrab seda tüüpi elementidele kindlad suurused.
Teine lähenemisviis, toggle režiim, kasutab multi-step kirjutamist muudetud mitmekihiliste elementidega. Lahter on modifitseeritud nii, et see sisaldaks "kunstliku antiferromagnetit", kus magnetvälja orientatsiooni edasi-tagasi üle pinna, nii et nii kinnitatud ja vaba kihid, mis koosnevad mitmekihilistest tornid isoleeritud õhuke "liidese kihiga". Saadud kihtidel on ainult kaks stabiilseteks olekut, mida saab ümber lülitada ühest teistele ajastades kirjutamise voolu kahel real nii et üks on veidi hiljem kui teine, seeläbi "pööravad" välja. Igasugune pinge mis on vähem kui täielik pinge mis on vajalik kirjutamiseks, suurendab flippimise resistensust. See tähendab, et teised elemendid mis asuvad ühe kirjutus rea liinil ei kannata pool-valiku probleemi. Seega on võimalik väiksemad elementide suurused.
Üks uuem tehnika, spinnülekande pöördemoment (STT) (inglise keeles spin transfer switching), kasutab keerdjoondatud ("polariseeritud") elektrone, et tekitada pöördemoment domeenil. Spetsiifiliselt, kui elektronid mis voolavad kihti peavad muutma oma pööret, siis see arendab pöördemomenti, mis kantakse lähedal olevale kihile. See vähendab voolu suurust mida on vaja, et kirjutada need elemendid, mistõttu on seda vaja umbes sama palju kui lugemis protsessi jaoks. on mure, et" klassikalist"-tüüpi MRAM-elemendil on raskusi kõrge tiheduse juures kuna pinge, mis on kirjutamise ajal vajalik, see on probleem, mida STT väldib. Sel põhjusel loodavad STT pooldajad, et tehnikat hakatakse kasutama seadmete juures, mis on 65 nm ja väiksem. Negatiivne külg on see, et on vaja säilitada spin-sidusust. Üldiselt nõuab STT kirjutamiseks palju vähem voolu kui tavaline või toggle MRAM. Teadusuuringud selles valdkonnas näitavad, et STT voolu saab vähendada kuni 50 korda kasutades uut komposiitkonstruktsiooni. Samas on aga suurema kirjutamiskiiruse rakendamiseks vaja kasutada kõrgemat voolu.
Muud võimalikud seadistused sisaldavad "termiliselt abistatud üleminekud" (TAS-MRAM), mis kuumeneb kiiresti (meenutades järk-muutus mälu) magnetilise tunneli ristmiku kirjutamisprotsessi ajal ja hoiab MTJs stabiilselt külmema temperatuuri juures ülejäänud ajast; ja "vertikaalne transport MRAM" (VMRAM), mis kasutab voolu läbi vertikaalses veerus, et muuta magnetvälja orientatsiooni, geomeetriline paigutus, mis vähendab kirjutades häireprobleemi ja nii saab seda kasutada suurema tihedusega.

Konkurendid

On ka teisi uusi võimalikke tehnoloogiaid, mis võivad MRAMi asemel õitsele puhkeda, teised neist jälle MRAMi kasutusvõimalusi täiendada.
Holograafiline talletus – kasutab laserkiirt andmete salvestamiseks. Andmed kirjutatakse laserkiirega kristallide ja fotopolümeeride sisse.
Erinevalt DVDst kasutatakse andmete talletamiseks aine ruumala, mitte ainult pinda.
Holograafilise mälu suureks puuduseks on see, et andmed on sinna ainult ühekordselt kirjutatavad – kirjutatud andmeid ei saa enam kustutada ega üle kirjutada. 
Käsil on projekt, kus luuakse terabaidi (1 TB ~ 1000 GB) suurust holograafilist mälu.
Veel üks olulisem võimalik MRAMi konkurent on F-RAM (ferroelektriline RAM), mis olemuselt sarnaneb MRAMiga – on korduvkirjutatav, toite eemaldamisel jääb informatsioon mällu jne. F-RAMi eelised praegu turul oleva välkmälu ees: väiksem voolutarve, suurem kirjutuskiirus, palju suurem maksimaalne mälupesasse kirjutusarv (10e 16 3,3V seadme puhul). F-RAM mälukiibid on juba 1990. aastatest turul erinevates seadmetes saadaval, kuid siiani pole see populaarseks saanud eelkõige põhjusel, et F-RAM tehnolooiga peab minema väiksemaks (vaja on suuremat andmete tihedust rummala ühiku kohta).