MRAM存储器的研究进展道客

❶ 利用磁存储原理来存储数据的存储器是什么啊

MRAM，磁存储器，利用巨磁阻效应，即横向磁场改变电阻。

❷ 几种新型非易失性存储器

关键词： 非易失性存储器；FeRAM；MRAM；OUM引言更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时问、更低成本和更高可靠性是存储器设计和制造者追求的永恒目标。根据这一目标，人们研究各种存储技术，以满足应用的需求。本文对目前几种比较有竞争力和发展潜力的新型非易失性存储器做了一个简单的介绍。
图1 MTJ元件结构示意图铁电存储器(FeRAM)
铁电存储器是一种在断电时不会丢失内容的非易失存储器，具有高速、高密度、低功耗和抗辐射等优点。
当前应用于存储器的铁电材料主要有钙钛矿结构系列，包括PbZr1-xTixO3，SrBi2Ti2O9和Bi4-xLaxTi3O12等。铁电存储器的存储原理是基于铁电材料的高介电常数和铁电极化特性，按工作模式可以分为破坏性读出(DRO)和非破坏性读出(NDRO)。DRO模式是利用铁电薄膜的电容效应，以铁电薄膜电容取代常规的存储电荷的电容，利用铁电薄膜的极化反转来实现数据的写入与读取。铁电随机存取存储器(FeRAM)就是基于DRO工作模式。这种破坏性的读出后需重新写入数据，所以FeRAM在信息读取过程中伴随着大量的擦除/重写的操作。随着不断地极化反转，此类FeRAM会发生疲劳失效等可靠性问题。目前，市场上的铁电存储器全部都是采用这种工作模式。

❸ 存储器的发展史

存储器设备发展

1.存储器设备发展之汞延迟线

汞延迟线是基于汞在室温时是液体，同时又是导体，每比特数据用机械波的波峰（1）和波谷（0）表示。机械波从汞柱的一端开始，一定厚度的熔融态金属汞通过一振动膜片沿着纵向从一端传到另一端，这样就得名“汞延迟线”。在管的另一端，一传感器得到每一比特的信息，并反馈到起点。设想是汞获取并延迟这些数据，这样它们便能存储了。这个过程是机械和电子的奇妙结合。缺点是由于环境条件的限制，这种存储器方式会受各种环境因素影响而不精确。

1950年，世界上第一台具有存储程序功能的计算机EDVAC由冯.诺依曼博士领导设计。它的主要特点是采用二进制，使用汞延迟线作存储器，指令和程序可存入计算机中。

1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I交付使用。它不仅能作科学计算，而且能作数据处理。

2.存储器设备发展之磁带

UNIVAC-I第一次采用磁带机作外存储器，首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性，并最先进行了自动编程的试验。

磁带是所有存储器设备发展中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，近年来，由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录（数据流）技术、DLT技术以及比较先进的LTO技术。

根据读写磁带的工作原理，磁带机可以分为六种规格。其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级的DAT（4mm）磁带机和面向部门级的8mm磁带机，另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的Travan和DC系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为1/2英寸、面向高端应用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。

磁带库是基于磁带的备份系统，它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。它的存储容量可达到数百PB，可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可以在驱动管理软件控制下实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。

磁带库不仅数据存储量大得多，而且在备份效率和人工占用方面拥有无可比拟的优势。在网络系统中，磁带库通过SAN（Storage Area Network，存储区域网络）系统可形成网络存储系统，为企业存储提供有力保障，很容易完成远程数据访问、数据存储备份或通过磁带镜像技术实现多磁带库备份，无疑是数据仓库、ERP等大型网络应用的良好存储设备。

3.存储器设备发展之磁鼓

1953年，随着存储器设备发展，第一台磁鼓应用于IBM 701，它是作为内存储器使用的。磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。它采用饱和磁记录，从固定式磁头发展到浮动式磁头，从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。

磁鼓最大的缺点是利用率不高， 一个大圆柱体只有表面一层用于存储，而磁盘的两面都利用来存储，显然利用率要高得多。 因此，当磁盘出现后，磁鼓就被淘汰了。

4.存储器设备发展之磁芯

美国物理学家王安1950年提出了利用磁性材料制造存储器的思想。福雷斯特则将这一思想变成了现实。

为了实现磁芯存储，福雷斯特需要一种物质，这种物质应该有一个非常明确的磁化阈值。他找到在新泽西生产电视机用铁氧体变换器的一家公司的德国老陶瓷专家，利用熔化铁矿和氧化物获取了特定的磁性质。

对磁化有明确阈值是设计的关键。这种电线的网格和芯子织在电线网上，被人称为芯子存储，它的有关专利对发展计算机非常关键。这个方案可靠并且稳定。磁化相对来说是永久的，所以在系统的电源关闭后，存储的数据仍然保留着。既然磁场能以电子的速度来阅读，这使交互式计算有了可能。更进一步，因为是电线网格，存储阵列的任何部分都能访问，也就是说，不同的数据可以存储在电线网的不同位置，并且阅读所在位置的一束比特就能立即存取。这称为随机存取存储器（RAM），在存储器设备发展历程中它是交互式计算的革新概念。福雷斯特把这些专利转让给麻省理工学院，学院每年靠这些专利收到1500万～2000万美元。

最先获得这些专利许可证的是IBM，IBM最终获得了在北美防卫军事基地安装“旋风”的商业合同。更重要的是，自20世纪50年代以来，所有大型和中型计算机也采用了这一系统。磁芯存储从20世纪50年代、60年代，直至70年代初，一直是计算机主存的标准方式。

5.存储器设备发展之磁盘

世界第一台硬盘存储器是由IBM公司在1956年发明的，其型号为IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘。1968年，IBM公司提出“温彻斯特/Winchester”技术，其要点是将高速旋转的磁盘、磁头及其寻道机构等全部密封在一个无尘的封闭体中，形成一个头盘组合件（HDA），与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染，并采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停，这是现代绝大多数硬盘的原型。1979年，IBM发明了薄膜磁头，进一步减轻了磁头重量，使更快的存取速度、更高的存储密度成为可能。20世纪80年代末期，IBM公司又对存储器设备发展作出一项重大贡献，发明了MR（Magneto Resistive)磁阻磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度比以往提高了数十倍。1991年，IBM生产的3.5英寸硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此，硬盘容量开始进入了GB数量级。IBM还发明了PRML（Partial Response Maximum Likelihood）的信号读取技术，使信号检测的灵敏度大幅度提高，从而可以大幅度提高记录密度。

目前，硬盘的面密度已经达到每平方英寸100Gb以上，是容量、性价比最大的一种存储设备。因而，在计算机的外存储设备中，还没有一种其他的存储设备能够在最近几年中对其统治地位产生挑战。硬盘不仅用于各种计算机和服务器中，在磁盘阵列和各种网络存储系统中，它也是基本的存储单元。值得注意的是，近年来微硬盘的出现和快速发展为移动存储提供了一种较为理想的存储介质。在闪存芯片难以承担的大容量移动存储领域，微硬盘可大显身手。目前尺寸为1英寸的硬盘，存储容量已达4GB，10GB容量的1英寸硬盘不久也会面世。微硬盘广泛应用于数码相机、MP3设备和各种手持电子类设备。

另一种磁盘存储设备是软盘，从早期的8英寸软盘、5.25英寸软盘到3.5英寸软盘，主要为数据交换和小容量备份之用。其中，3.5英寸1.44MB软盘占据计算机的标准配置地位近20年之久，之后出现过24MB、100MB、200MB的高密度过渡性软盘和软驱产品。然而，由于USB接口的闪存出现，软盘作为数据交换和小容量备份的统治地位已经动摇，不久会退出存储器设备发展历史舞台。

6. 存储器设备发展之光盘

光盘主要分为只读型光盘和读写型光盘。只读型指光盘上的内容是固定的，不能写入、修改，只能读取其中的内容。读写型则允许人们对光盘内容进行修改，可以抹去原来的内容，写入新的内容。用于微型计算机的光盘主要有CD-ROM、CD-R/W和DVD-ROM等几种。

上世纪60年代，荷兰飞利浦公司的研究人员开始使用激光光束进行记录和重放信息的研究。1972年，他们的研究获得了成功，1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘（LD，Laser Vision Disc）系统。

从LD的诞生至计算机用的CD-ROM，经历了三个阶段，即LD-激光视盘、CD-DA激光唱盘、CD-ROM。下面简单介绍这三个存储器设备发展阶段性的产品特点。

LD-激光视盘，就是通常所说的LCD，直径较大，为12英寸，两面都可以记录信息，但是它记录的信号是模拟信号。模拟信号的处理机制是指，模拟的电视图像信号和模拟的声音信号都要经过FM（Frequency Molation）频率调制、线性叠加，然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。

CD-DA激光唱盘 LD虽然取得了成功，但由于事先没有制定统一的标准，使它的开发和制作一开始就陷入昂贵的资金投入中。1982年，由飞利浦公司和索尼公司制定了CD-DA激光唱盘的红皮书（Red Book）标准。由此，一种新型的激光唱盘诞生了。CD-DA激光唱盘记录音响的方法与LD系统不同，CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM（脉冲编码调制）数字化处理，再经过EMF（8～14位调制）编码之后记录到盘上。数字记录代替模拟记录的好处是，对干扰和噪声不敏感，由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错误可以校正。

CD-DA系统取得成功以后，使飞利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作为计算机的大容量只读存储器。但要把CD-DA作为计算机的存储器，还必须解决两个重要问题，即建立适合于计算机读写的盘的数据结构，以及CD-DA误码率必须从现有的10-9降低到10-12以下，由此就产生了CD-ROM的黄皮书(Yellow Book)标准。这个标准的核心思想是，盘上的数据以数据块的形式来组织，每块都要有地址，这样一来，盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上被迅速找到。为了降低误码率，采用增加一种错误检测和错误校正的方案。错误检测采用了循环冗余检测码，即所谓CRC，错误校正采用里德－索洛蒙(Reed Solomon)码。黄皮书确立了CD-ROM的物理结构，而为了使其能在计算机上完全兼容，后来又制定了CD-ROM的文件系统标准，即ISO 9660。

在上世纪80年代中期，光盘存储器设备发展速度非常快，先后推出了WORM光盘、磁光盘（MO）、相变光盘（Phase Change Disk，PCD）等新品种。20世纪90年代，DVD-ROM、CD-R、CD-R/W等开始出现和普及，目前已成为计算机的标准存储设备。

光盘技术进一步向高密度发展，蓝光光盘是不久将推出的下一代高密度光盘。多层多阶光盘和全息存储光盘正在实验室研究之中，可望在5年之内推向市场。

7.存储器设备发展之纳米存储

纳米是一种长度单位，符号为nm。1纳米=1毫微米，约为10个原子的长度。假设一根头发的直径为0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度即约为1纳米。与纳米存储有关的主要进展有如下内容。

1998年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系。一个量子磁盘相当于我们现在的10万～100万个磁盘，而能源消耗却降低了1万倍。

1988年，法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年，采用巨磁电阻原理的纳米结构器件已在美国问世，它在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头等方面均有广阔的应用前景。

2002年9月，美国威斯康星州大学的科研小组宣布，他们在室温条件下通过操纵单个原子，研制出原子级的硅记忆材料，其存储信息的密度是目前光盘的100万倍。这是纳米存储材料技术研究的一大进展。该小组发表在《纳米技术》杂志上的研究报告称，新的记忆材料构建在硅材料表面上。研究人员首先使金元素在硅材料表面升华，形成精确的原子轨道；然后再使硅元素升华，使其按上述原子轨道进行排列；最后，借助于扫瞄隧道显微镜的探针，从这些排列整齐的硅原子中间隔抽出硅原子，被抽空的部分代表“0”，余下的硅原子则代表“1”，这就形成了相当于计算机晶体管功能的原子级记忆材料。整个试验研究在室温条件下进行。研究小组负责人赫姆萨尔教授说，在室温条件下，一次操纵一批原子进行排列并不容易。更为重要的是，记忆材料中硅原子排列线内的间隔是一个原子大小。这保证了记忆材料的原子级水平。赫姆萨尔教授说，新的硅记忆材料与目前硅存储材料存储功能相同，而不同之处在于，前者为原子级体积，利用其制造的计算机存储材料体积更小、密度更大。这可使未来计算机微型化，且存储信息的功能更为强大。

以上就是本文向大家介绍的存储器设备发展历程的7个关键时期

❹ MRAM是否可以按字节读写

MRAM可以按字节读写
mram也是内存的一种！这种内存的质量很好！比一般的RAM好！下面是MRAM的一些介绍：
MRAM
MRAM(Magnetic Random Access Memory) 是一种非挥发性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器（SRAM）的高速读取写入能力，以及动态随机存储器（DRAM）的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
MRAM用TMR磁性体单元存储数据
趋势要点:随着材料学的不断进步, 一种新的磁阻内存(MRAM)正在吸引人们的目光。尽管还只是在实验室存在,但是这种高速内存技术已经被视为DRAM内存的接班人，将会把“等待”这个词彻底从电脑用户的词典中去掉。
DRAM的局限性
你是否很久以来都认为开机之后看着Windows进度条一次次滚过，尔后登录、打开桌面这样的过程是理所当然？
之所以每次开机时操作系统都需要重新做一遍内存初始化的操作，是因为现在普遍使用的内存都采用的是动态随机存取技术(DRAM)的内存，像SDRAM、DDR和DDR II都属于这种内存。使用了DRAM技术的内存的一个重要特点就是它们属于挥发性内存(volatile memory)，也就是说一旦断电，它里面的数据就会消失。换句话说，DRAM内存里面的数据之所以能够存在，实际上是依靠不断供电来刷新才得以保持的。
所以，操作系统在每次开机的时刻，总需要把一系列系统本身要使用的数据再次写入内存，这就是开机等待时间里操作系统完成的工作。对于DRAM内存来说，如果要免除这个过程，供内存刷新的电力是不能断的。所谓的休眠(sleep)，实际上计算机还在继续耗电，只不过是比正常运行时少一些罢了。

❺ 当今主流行存储器介绍

储器技术是一种不断进步的技术，每一种新技术的出现都会使某种现存的技术走进历史，这是因为开发新技术的初衷就是为了消除或减轻某种特定存储器产品的不足之处。

举例来说，闪存技术脱胎于EEPROM，它的第1个主要用途就是为了取代用于PC机BIOS的EEPROM芯片，以便方便地对这种计算机中最基本的代码进行更新。

这样，随着各种专门应用不断提出新的要求，新的存储器技术也层出不穷，从PC机直到数字相机。本文即着眼于对现有的存储器技术及其未来走向进行考察。

DRAM

严重依赖于PC的DRAM市场总是处于剧烈的振荡之中。对目前处于衰退过程中的供应商们来说，降低每比特DRAM生产成本唯一划算的方法就是缩小DRAM芯片的尺寸。所以，制造商们就不断地寻找可以缩小DRAM芯片尺寸的方法。

随着市场的复苏和边际效益的增长，供应商们会逐渐转向使用300mm的大圆片。但现在，大多数DRAM生产商都承担不起在300mm圆片上生产的费用。

就像石油公司都想多卖高品质汽油以获取高额利润一样，DRAM生产商也正在把产品线从SDRAM换成DDR SDRAM，希望卖个高价。在DDR之后又出来一个DDR II，这是一种更先进的DRAM技术，已经受到英特尔的欢迎。出于同样的原因，存储器生产商们很快就会升级到DDR II技术。

同样像石油公司不断勘探新油田一样，DRAM生产商也在不断地开发新的市场，包括通信和消费电子市场在内。他们希望这样能降低对PC市场的依存度，平稳渡过市场振荡期。

许多生产商都开始针对这些市场开发专门的DRAM产品。

不幸的是，随着人们开始对各种模块和服务器进行升级，PC市场在未来仍将是DRAM应用最主要的推动力。尽管一些生产商认为通信将成为另一个主要的推动力，但根据iSuppli公司的预测，至少在2002年，通信市场在DRAM销售中所占的份额将仍低于2%。

生产商对消费电子市场的期望值更高。网络设备和数字电视是DRAM应用增长最迅速的领域，但与PC市场相比，其份额仍然太小了。

但是，不论是消费电子市场还是PC市场，DRAM面临的最大挑战都是以下需求：更高的密度、更大的带宽、更低的功耗、更少的延迟时间以及更低的价格。因此，对DRAM生产商和用户来说，在消费电子领域中性价比还是最主要的考虑因素。

现在已经有许多公司在开始或已经开始提供专门为各种非PC应用设计的DRAM，包括短延迟DRAM（RL-DRAM）以及各种Rambus DRAM（RDRAM）。这些专用DRAM的产量都很小，单位售价很高。因此，iSuppli相信在非PC领域内，这些专用存储器永远不会取代普通的SDRAM和DDR存储器。所以，对DRAM来说，其未来属于低价、标准、大量生产的、面向其占最大份额的PC市场的技术。

闪存和其他非易失性存储器

目前，非易失性存储器技术的最高水平是闪存。如同DRAM依赖于PC市场一样，闪存也依赖于手机和机顶盒市场。由于这些设备的需求一直不够强劲，所以闪存目前良好的销售情况只是季节性的，今年下半年就会降下来。

但到明年上半年，手机、数字消费产品以及数字介质的需求会比较强劲，所以闪存的前景也会变得光明一些。

尽管目前非易失性存储器中最先进的就是闪存，但技术却并未就此停步。生产商们正在开发多种新技术，以便使闪存也拥有像DRAM和SDRAM那样的高速、低价、寿命长等特点。

非易失性存储器包括铁电介质存储器（FRAM或FeRAM）、磁介质存储器（MRAM）、奥弗辛斯基效应一致性存储器（OUM）以及聚合物存储器（PFRAM），对数据处理来说，它们都很有前途，因为它们突破了SRAM、DRAM以及闪存的局限性。

每种技术都有自己的目标市场，iSuppli公司将在下面逐一进行分析。

FRAM

FRAM是下一代的非易失性存储器技术，运行能耗低，在断电后能长期保存数据。它综合了RAM高速读写和ROM长期保存数据的特点。

这项技术利用了铁电材料可保存信息的特点，使用工业标准的CMOS半导体存储器制造工艺来生产，直到近日才研发成功。但是，FRAM的寿命是有限的，而其读取是破坏性的，就是说一旦进行读取，FRAM中存储的数据就消失了。

MRAM

MRAM是非易失性的存储器，速度比DRAM还快。在实验室中，MRAM的写入时间可低至2.3ns。

MRAM拥有无限次的读写能力，并且功耗极低，可实现瞬间开关机并能延长便携机的电池使用时间。而且，MRAM的电路比普通存储器还简单，整个芯片只需一条读出电路。

但就生产成本来看，MRAM比SRAM、DRAM及闪存都高得多。

OUM

OUM是一种非易失性存储器，可以替代低功耗的闪存。它拥有很长的读写操作寿命，并且比闪存更易集成。OUM存储单元的密度极高，读取操作完全安全，只需极低的电压和功率即可工作，同现有逻辑电路的集成也相当简单。用OUM单元制作的存储器大约可写入10亿次，这使它成为便携设备中大容量存储器的理想替代品。

但是，OUM有一定的使用寿命，长期使用会出一些可靠性问题。

PFRAM

PFRAM是一种塑料的、基于聚合物的非易失性存储器，通过三维堆叠技术可以得到很高的密度，但它的读写操作寿命有限。

PFRAM可能会替代闪存，并且其成本只有NOR型闪存的10%左右。塑料存储器的存储潜力也相当巨大。

今后，生产聚合物存储器可能会变得像印照片一样简单，但今年才刚刚开始对这种存储器的生产工艺进行研发。PFRAM的读写次数也有限，并且其读取也是破坏性的，就像FRAM一样。

总之，存储器技术将会继续发展，以满足不同的应用需求。就PC市场来说，更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时间、更低成本的主流DRAM技术将是不二之选。

而在非易失性存储器领域，供应商们正在研究闪存之外的各种技术，以便满足不同应用的需求，而这些技术各有优劣。

❻ 存算一体原理

存算一体芯片主流研究方向：
根据存储器介质的不同，目前存算一体芯片的主流研发集中在传统易失性存储器，如SRAM、DRAM，以及非易失性存储器，如RRAM，PCM，MRAM与闪存等,其中比较成熟的是以SRAM和MRAM为代表的通用近存计算架构。

通用近存计算架构：
采用同构众核的架构，每个存储计算核（MPU）包含计算引擎（Processing Engine, PE）、缓存（Cache）、控制（CTRL）与输入输出（Inout/Output, I/O）等，这里缓存可以是SRAM、MRAM或类似的高速随机存储器。

（1） SRAM存算一体

由于SRAM是二值存储器，二值MAC运算等效于XNOR累加运算，可以用于二值神经网络运算。

（2） DRAM存算一体

基于DRAM的存算一体设计主要利用DRAM单元之间的电荷共享机制[33,34]。

（3） RRAM/PCM/Flash多值存算一体

基于RRAM/PCM/Flah的多值存算一体方案的基本原理是利用存储单元的多值特性，通过器件本征的物理电气行为（例如基尔霍夫定律与欧姆定律）来实现多值MAC运算。每个存储单元可以看作一个可变电导/电阻,用来存储网络权重，当在每一行施加电流/电压（激励）时，每一列即可得到MAC运算的电压/电流值。

（4） RRAM/PCM/MRAM二值存算一体

基于RRAM/PCM/MRAM的二值存算一体主要有两种方案。第一种方案是利用辅助外围电路，跟上述SRAM存算一体类似，第二种方案是直接利用存储单元实现布尔逻辑计算。