隨著生成式AI的興起，對大量內存的需求在數據中心中迅速增加，而MRAM（自旋轉移矩陣存儲器）作為一種非易失性內存，在高速讀寫性能的同時能夠在斷電情況下保存數據，且耗電量較低，因而成為備受關注的對象。

存儲技術目前情況

存儲技術發展更迭50年，逐漸形成了SRAM、DRAM及Flash這三大主要領域。但是隨著半導體制造技術持續朝更小的技術節點邁進，傳統的DRAM和NAND Flash開始面臨越來越嚴峻的微縮挑戰；再加上由于這些存儲技術與邏輯計算單元之間發展速度的失配，嚴重制約了計算性能和能效的進一步提升。因此，業界開始對新型存儲技術寄予厚望，越來越多的新型技術迅速涌現。目前主流的新型存儲器主要包括四種：阻變存儲器（ReRAM/RRAM），相變存儲器（PCRAM），鐵電存儲器（FeRAM/FRAM），磁性存儲器（MRAM）。其中MRAM正在成為當下主流的新型存儲技術，并且有專家預言，MRAM將帶來下一波的存儲浪潮。

（一）MRAM的特點

MRAM是一種兼具DRAM和Flash特點的存儲介質，以下是MRAM的一些具體特質。

非易失：鐵磁體的磁性不會由于斷電而消失，故MRAM具備非易失性。讀寫次數無限：鐵磁體的磁性不僅斷電不會消失，而是幾乎可以認為永不消失，故MRAM和DRAM一樣可以無限次重寫。

寫入速度快、功耗低：MRAM的寫入時間可低至2.3ns，并且功耗極低，可實現瞬間開關機并能延長便攜機的電池使用時間。

和邏輯芯片整合度高：MRAM的單元可以方便地嵌入到邏輯電路芯片中，只需在后端的金屬化過程增加一兩步需要光刻掩模版的工藝即可。再加上MRAM單元可以完全制作在芯片的金屬層中，甚至可以實現2~3層單元疊放，故具備在邏輯電路上構造大規模內存陣列的潛力。

（二）和其他存儲相比，MRAM強在哪兒？

與SRAM相比，MRAM速度稍慢，但MRAM在速度上仍然具有足夠的競爭力，此外SRAM的設計更復雜，MRAM的密度更高，以及MRAM是非易失性的，而SRAM是易失性的，斷電就會丟失數據，MRAM則不會面臨這種困擾。

與 DRAM相比，由于DRAM需要電容器充電/放電來完成讀寫，所以MRAM的讀/寫速度更快，在密度上MRAM和DRAM相似，但DRAM也是一種易失性存儲器。此外，MRAM的單元泄漏較低；與經常刷新數據的DRAM相比，MRAM的電壓要求也比較低。

與Flash相比，MRAM 與Flash同樣是非易失性的，但是MRAM在耐高溫、數據保存，尤其是操作耐久度上，優于Flash。要知道MRAM具備寫入和讀取速度相同的優點，并具有承受無限多次讀寫循環的能力。

與ReRAM相比，ReRAM隨機讀寫速度優于傳統存儲器，但要慢于MRAM和FRAM；同時ReRAM的讀寫次數約在100萬次左右，較傳統存儲器有數量級的增加，但少于MRAM的讀寫次數；其中密度和相應的成本是ReRAM的最大優勢；從成本方面看，MRAM由于材料的復雜性、密度瓶頸、抗磁干擾等難點，其成本會較高。

與FeRAM相比，MRAM與其性能較為類似，但FeRAM的讀寫速度要優于MRAM，且可以保持較低的功耗，FRAM的劣勢則在于，其成本比MRAM還要高，所以它可以應用于一些非常特殊的市場。

PCRAM也是未來十年內最具潛力的新型存儲技術之一。PCRAM 具有容量大、集成度高、速度快、功能低和成本低等優點，特別是與新型 CMOS 工藝兼容。不過PCRAM也存在著一些明顯不足之處，特別是寫操作速度無法與DRAM相媲美，寫耐久性也與DRAM相差較大等。寫耐久性差是將其大規模應用于計算機系統所面臨的主要障礙之一，目前國內外研究人員正在研究一些解決方案來應對。就目前來說，PCRAM的商業化程度還沒有MRAM高。

二、MRAM是AI存儲發展趨勢，力積電三星均重倉布局

力積電計劃與日本企業Power Spin合作，目標在2029年實現MRAM內存的量產。Power Spin將提供MRAM相關IP授權，而力積電則負責進一步的量產研發和試產，以推動這一新型內存的普及。

Power Spin是由日本東北大學于2019年成立，擁有STT-MRAM相關技術。MRAM內存的特點是非易失性，高速讀寫，以及理論上可降低至現有內存的1/100的耗電量。然而，MRAM也面臨成本高和耐用性等問題。在AI浪潮下，數據中心對大量內存的需求增加，因此MRAM成為備受關注的技術。

力積電計劃使用在日合資公司的二期生產線生產MRAM內存，力圖推動這一新型內存的普及。這個合資公司由力積電與日本SBI控股于去年成立，總投資達8000億日元，首期計劃于2027年建成投產，而二期則預計在2029年投入使用。此舉顯示了力積電在MRAM領域的雄心和布局。

除了力積電，三星也在布局下一代存儲技術，計劃于2026年量產8nm車用eMRAM。此外，臺積電近期宣布下一代SOT-MRAM內存研發成功。MRAM內存市場規模已于2022年達到300億日元，表明該技術在半導體代工業界備受矚目。

在全球范圍內，半導體大廠紛紛投入研究力量，布局相關技術開發，以滿足快速讀寫、低耗電、斷電后不會遺失資料的前瞻記憶體儲存技術需求。

臺灣半導體產業也在積極支持相關研究，如臺灣實驗研究院與臺積電合作的“選擇器元件與自旋轉移力矩式磁性記憶體整合”技術。這一技術在IEDM（International Electron Devices Meeting）中發表，并被選為Highlight Paper，成為成功開發高密度、高容量STT-MRAM制作技術的團隊之一。

MRAM技術的發展不僅在硬件制造領域有所突破，同時在應用領域也有著廣泛的前景。在汽車、工業、軍事和航天等領域，MRAM因其抵抗高輻射、在極端溫度條件下工作以及防篡改等特點，具有廣泛的應用前景。在工業應用中，MRAM的快速寫入能力和非易失性存儲使其成為理想的選擇。

三、MRAM的主要應用市場

MRAM在邊緣方面展現出獨特的優勢。邊緣計算在工業物聯網、機器人、可穿戴設備、人工智能、汽車以及便攜式設計等領域的應用正在不斷增長。伴隨著這些增長的是大家對高速、低延遲、非易失性、低功耗、低成本內存（用于程序存儲和數據備份）的需求。雖然有許多可用方案，包括 SRAM、DRAM、閃存等,但這些技術都需要在一個或多個領域進行權衡，這對于邊緣計算來說，它們似乎都不太適合。MRAM 將數據存儲在磁存儲單元中，提供真正的隨機訪問，并允許在內存中隨機讀寫。此外，MRAM 結構和操作具有低延遲、低泄漏、高寫入周期數和高保持率等特點，而這些恰恰都是邊緣計算非常需要的。此外，MRAM是實現存算一體的理想存儲器之一。到目前為止，多種存儲器介質被研究用于構建存算一體系統。SRAM和DRAM是易失性器件，頻繁的刷新并不利于降低功耗。而Flash雖然是非易失性的，但是隨著讀寫次數增加，浮柵氧化層會逐漸失效，反復讀寫可靠性很低。因此，各種基于電阻改變的新型存儲器是實現存算一體的有效載體。MRAM則是基于對電子“自旋”的控制，可以達到理論上的零靜態功耗，同時具有高速和非易失性以及近乎無限的寫入次數。MRAM在速度、耐久性、功耗這些方面具有不可替代的優越性。因此，MRAM是實現存算一體的理想存儲器之一。

四、資本瞄準MRAM加注，全球國內MRAM新興勢力

據全球半導體觀察不完全統計，包括致真存儲、亙存科技、馳拓科技等布局MRAM的企業獲得資本投資：致真存儲完成數千萬元Pre-A輪融資；馳拓科技獲得B輪融資；亙存科技獲得新一輪融資；凌存科技獲pre-A輪融資。

2023年8月，致真存儲自主研發的128Kb SOT-MRAM 芯片成功下線，是繼1Kb SOT-MRAM流片成功后又一個重要的新一代磁存儲技術工藝研制里程碑，圍繞自旋軌道矩材料、磁性隧道結圖案化、專用電路設計等實現多處技術突破；

亙存科技針對邊緣側、端側的智能化需求，圍繞“存儲-計算-控制”布局“獨立式MRAM存儲芯片”和包含嵌入式MRAM的“AI SoC芯片”兩條核心產品線，為消費、工業、物聯網、汽車等領域的客戶提供具備競爭力的高能效、智能化單芯片系列解決方案。其中，AI SoC的“超低功耗”版本運行功耗低至5uA/MHz，達到國際一流水平，可為廣大電池供電的應用場景提供高性價比方案；國內科創板上市公司聚辰半導體（688123.SH）于2019年完成了對MRAM技術企業亙存科技的融資領投，成為國內一家專注于MRAM技術的Fabless企業。

凌存科技已成功開發出世界首款高速、高密度、低功耗的存儲器MeRAM原型機和基于MeRAM的真隨機數發生器，其開發的高性能存儲芯片廣泛應用于車載電子、高性能運算、安全等領域，其還將存儲介質、集成電路、系統及相關專利授權給有高效性運算以及安全芯片需求的公司自行開發相關產品；

磁宇信息是擁有pSTT-MRAM專用12寸薄膜制造/測試設備和pSTT-MRAM專用12寸刻蝕設備的公司，國外MRAM主要應用在固態硬盤內，實現固態硬盤性能大幅度提升，這也是磁宇信息產品的起點；

馳拓科技也已經有客戶進行了量產，為嵌入式非易失性存儲，用于MCU/SOC和慢速SRAM；

珠海興芯存儲（珠海南北極科技全資子公司）NV-RAM規格的MRAM技術，是國內第一家達到此規格的廠商，未來量產后可取代目前市場上由外商供應昂貴的FRAM、電源供應SRAM（BatteryBackup SRAM），NVSRAM；

中國科學院物理研究所團隊則研制了一種磁矩閉合型納米環狀磁性隧道結，作為存儲單元的新型MRAM原型器件。

綜合來看，MRAM技術在硬件制造、應用領域都取得了顯著進展，未來有望逐步替代部分NOR閃存和SRAM，甚至在幾年內取代部分DRAM。隨著MRAM技術的不斷成熟和廣泛應用，預計它將在塑造各行業未來計算方面發揮關鍵作用。MRAM市場爆發勢頭迅猛，預計到2031年價值將達191.893億美元，復合年增長率達36.6%，為整個半導體行業帶來新的增長動能。

免責聲明：市場有風險，選擇需謹慎！此文僅供參考，不作買賣依據。

關鍵詞：