Neue MRAM-Speicherklasse verhält sich wie nicht-flüchtiges DRAM

| Autor / Redakteur: Joe O’Hare, Ben Cooke und Sarin Deshpande * / Sebastian Gerstl

Hohe RAM-Leistung und zugesicherte Nicht-Flüchtigkeit

MRAM gilt als echter Storage-Class-Speicher (SCM) mit der Nichtflüchtigkeit von Speichermedien und der hohen Leistung von RAM. Es befinden sich weitere Technologien in der Entwicklung, z.B. resistives RAM (ReRAM), Phase-Change-Memory (PCM), Conductive-Bridge-RAM (CB-RAM) und 3D XPoint. Diese Technologien haben zwar eine höhere Schreibgeschwindigkeit und Wiederbeschreibbarkeit als NAND, doch keine von ihnen lässt sich so schnell beschreiben wie ST-MRAM (siehe Bild 3). So lässt sich nur ST-MRAM als nicht-flüchtiger Speicher direkt in einem Speicherkanal einsetzen.

Außerdem kann ST-MRAM mit der zehnmillionenfachen Wiederbeschreibbarkeit von NAND als Pufferspeicher, Cache-Speicher oder Arbeitsspeicher anstelle von DRAM mit Superkondensatoren eingesetzt werden, um ein einfacheres Systemdesign zu erreichen und Platz zu sparen. Bild 4 zeigt Vorteile von ST-MRAM gegenüber den anderen Technologien auf.Spin-Torque-MRAM-Produkte von Everspin haben DDR3- und DDR4-DRAM-Schnittstellen mit geringfügigen Unterschieden bei Timing, Latenz und Seitengröße

  • Raten bis 2133 MT/s/Pin.
  • BGA-Gehäuse, anschlusskompatibel zu JEDEC-DRAM. Abbildung 5 zeigt das 78polige BGA-Gehäuse für das 256 MBit DDR3 ST-MRAM.
  • Ein Refresh ist nicht erforderlich.
  • Hohe Wiederbeschreibbarkeit. Daher keine Notwendigkeit von Wear-Levelling und Over-Provisioning.

Dank der nicht-flüchtigen Speicherung können die Batterien oder Superkondensatoren entfallen, die häufig eingesetzt werden, um die Spannungsversorgung von DRAM-basierten Systemen aufrechtzuerhalten und ausreichende Zeitreserven zur Datenrettung zu schaffen.

Um die Datenintegrität zu gewährleisten ist das Power-Down-Management bei SSD im Unternehmenseinsatz besonders wichtig. Der Einsatz von ST-MRAM als Schreibspeicher verringert die Menge der nicht geschützten Daten bei einem Spannungsausfall erheblich. Bei SSD kommt die Energie zur Aufrechterhaltung der Stromversorgung aus Superkondensatoren oder Batterien, die auf der Leiterplatte viel Platz beanspruchen. Eine heterogene Architektur aus DRAM und MRAM sorgt für eine wesentliche Verringerung des Bedarfs an gespeicherter Energie. Damit schafft sie Platz und verringert die Anzahl der Bauteile bei einer besseren Herstellbarkeit und höheren Zuverlässigkeit. Das Ergebnis sind weniger Platzprobleme und kleinere Formfaktoren. Bild 5 zeigt ein Blockschaltbild einer SSD-Implementierung.

Die Kapazität zur Aufrechterhaltung der Spannung in einer SSD für den Einsatz in Unternehmen kann von ca. 15 mF auf unter 1 μF verringert werden. Dadurch werden Superkondensatoren überflüssig. Bei SSD, deren Größe bereits durch den verfügbaren Platz beschränkt wird, z.B. U.2 oder M.2, können wesentlich mehr Daten vor dem Verlust bei Stromausfall geschützt werden. Ein größerer Schreibpuffer erlaubt es außerdem, die Schreibverstärkung zu reduzieren, indem mehr ungesicherte Daten gepuffert werden, bevor sie in das Flash-Array geschrieben werden, was die Lebensdauer der SSD erhöht.

Hohe Schreibgeschwindigkeit und Wiederbeschreibbarkeit

MRAM-Produkte haben sich in der Praxis als äußerst zuverlässiger Hochleistungsspeicher zum Aufzeichnen und Schützen kritischer Systemdaten bewährt. Durch Fortschritte in der MRAM-Technologie ist Speicher möglich geworden, der sich wie nicht-flüchtiges DRAM verhält. ST-MRAM wird in Speichersystemen für Unternehmen als Schreibpuffer bzw. Cache, anfänglich in SSD, eingesetzt. Dadurch, dass keine großen Superkondensatoren oder Batterien benötigt werden, eröffnet ST-MRAM den Herstellern von High-End-SSD erhebliche Vorteile.

Diese Vorteile werden noch ausgeprägter, wenn Hochgeschwindigkeits-SSD mit kleinem Formfaktor, z.B. M.2 und U.2, sich stärker durchsetzen. Mit zunehmender Bitdichte wird dieselbe Technologie auch in RAID-Systemen und in Speicher-Servern als echter Storage-Class-Speicher (SCM) eingesetzt werden. Andere in der Entwicklung befindliche nicht-flüchtige Speichertechnologien bieten nicht die hohe Schreibgeschwindigkeit und Wiederbeschreibbarkeit, um sie als nicht-flüchtiges DRAM einsetzen zu können. Dadurch hat ST-MRAM auf diesem Gebiet eine einzigartige Position.

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* Joe O'Hare ist Director of Product Marketing bei Everspin Technologies.

* Ben Cooke ist Applications Manager bei Everspin Technologies.

* Sarin Deshpande ist Program Project Manager bei Everspin Technologies.

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