שוק הזכרונות המגנטיים (Magnetic Random Access Memory – MRAM) מתחיל לצבור תנופה, וכבר בשנת 2024 הוא צפוי להיגע להיקף של כ-1.2 מיליארד דולר. כך מעריכה חברת המחקר הצרפתית Yole Développement במחקר חדש שפורסם היום (ב'). מדובר בהבשלת טכנולוגיה הנמצאת בפיתוח כמעט 10 שנים בחברות גדולות, דוגמת יבמ, SK Hynix, אפלייד מטיריאלס, Tokyo Electron ואפילו חברות המתמקדות במעגלים לוגיים כמו קואלקום ו-ARM. שוק היעד המרכזי של הזכרונות החדשים יהיה בשלב הראשון בתחום המערכות משובצות, שם הוא מסתמן כמתחרה יעיל של טכנולוגיית Embedded Flash – eFlash.
ה-eFlash הגיע אל סוף דרכו
להערכת אנליסט חברת יול, ד"ר סיימון ברטולאצי, קיימת הבנה בתעשייה שהייצור של זכרונות eFlash לא יבוצע בתהליכים קטנים יותר מ-28/22 ננומטר, מכיוון שהעלות הכרוכה בייצור במימדים קטנים יותר אינה כדאית מסחרית. התעשייה מחפשת פתרונות חדשים עבור זכרונות בלתי נדיפים (NVM), וזאת בשעה שגם הייצור של זכרונות SRAM נדיפים מתחיל להתמודד עם חומת המימדים, מכיוון שבגודל צומת זעיר חלה ירידה מהירה בביצועים של תאי הזכרון.
להערכתו, המעורבות של חברות גדולות בתעשייה הביאה את טכנולוגיית MRAM לרמת בשלות אשר צפויה להתבטא בצמיחה של 295% לשנה במהלך חמש השנים הבאות. טכנולוגיית ה-MRAM המובילה כיום בשוק נקראת Spin Transfer Torque Magnetoresistive RAM – STT-MRAM, שבה המידע בזיכרון MRAM לא נישמר בצורת מטען חשמלי או זרם, אלא באמצעות מטען מגנטי. זיכרון MRAM עשוי מחומרים מגנטיים עדינים המשמשים בדרך כלל בכונני דיסקים קשיחים.
תא MRAM בסיסי בנוי משני לוחות של חומרים מתמגנטים המופרדים באמצעות תעלה צרה של מוליך למחצה. כאשר המטענים המגנטיים בשני הלוחות הם בעלי כיוון משותף, הזרם העובר דרך הצומת ניתקל בהתנגדות חשמלית נמוכה. כאשר המטענים המגנטיים בעלי כיווניות הפוכה, הזרם העובר דרך התא ניתקל בהתנגדות גבוהה. כלומר, המידע הדיגיטלי ("0" או "1") מיוצג באמצעות ההתנגדות החשמלית של הצומת.
ההסבר הפיסיקלי לתופעה נעוץ בכך שכיווניות המיגנוט משפיעה על ציר הסיבוב הפנימי של האלקטרון (Spin). כאשר שני הלוחות הממוגנטים הם בעלי כיווניות הפוכה, אלקטרונים בעלי ספין מסויים מתקשים לעבור חומר שבו האלקטרונים מצויים בספין מנוגד, ולכן חלה עלייה בהתנגדות הצומת.
מבחינת שיקולי הספק, פירוש הדבר שצריכת האנרגיה העיקרית של זיכרון MRAM היא בשלב הכתיבה בלבד, בעוד שבשלב הקריאה צריכת ההספק היא כמעט אפסית. לתכונה זו משמעות חשובה, מכיוון שרוב המידע בזיכרון נכתב מעט פעמים, אבל נקרא הרבה מאוד פעמים. התחום הזה משך אליו חברות גדולות רבות בתחילת העשור, בהן טושיבה ו-Hynix שהחליטו לפתח ביחד זיכרונות MRAM, חברת NEC, יבמ ובשנת 2013 גם טאואר-ג'אז הישראלית נכנסה לתחום ה-MRAM.
2019 היא שנת תפנית
השנה חלה התפתחות חשובה מאוד בתחום: בחודש מרץ סמסונג הכריזה על תחילת הייצור ההמוני של רכיבי MRAM בתהליך של 28 ננומטר (בתמונה למעלה), ובחודש יוני חשפה חברת אפלייד מטיריאלס (Applied Materials) מערכת ייצור תעשייתית המאפשרת לייצר רכיבי זיכרון מסוג MRAM ,ReRAM ו-PCRAM, המיועדים בעיקר לשימוש ביישומי IoT הדורשים זכרונות אמינים, זולים וחסכוניים מאוד באנרגיה. מערכת Endura Clover MRAM PVD של אפלייד מטיריאלס בנוייה משבעה תאי עיבוד נפרדים של פרוסת הסיליקון בתנאי ואקום קיצוניים.
זוהי מערכת ה-300 מ"מ הראשונה בתעשייה המותאמת לייצור המוני של זכרונות MRAM. היא מסוגלת לשקע עד חמישה חומרים שונים בכל תא. כדי לייצר זכרונות MRAM יש צורך בשיקוע של לפחות 30 שכבות שונות של חומר ברמת דיוק של מספר אנגסטרם בודדים, ובלא להוציא את פרוסת הסיליקון מתא הוואקום כאשר הייצור מתקדם בין השכבות או שנעשה תהליך של החלפת חומרים.
להערכת חברת המחקר, זכרונות MRAM יהיו זכרונות הדור הבא בתחום האבזרים הלבישים, אבזרי IoT, מיקרו-בקרים, ציוד הדמאה, תעשיית הרכב וברכיבי ASIC רבים. ברטולאצי: "שנת 2019 היא השנה שבה השוק מתחיל להתרומם". אולם בעוד שהחברה צופה צמיחה מהירה בתחום הפתרונות המשובצים, שוק רכיבי הזיכרון עצמו (stand-alone memory) מתעכב.
בשוק הזה החברה צופה צמיחה של 54% בשנה, להיקף של פחות מ-600 מיליון דולר בשנת 2024. "עד עכשיו, השוק בזה נדחף על-ידי רכיבים בנפח קטן של עד 16Mb, שיוצרו על-ידי מספר קטן של יצרנים כמו Everspin ו-Sony. בשנים הקרובות נראה יותר יישומי אחסון בתחומים כמו זכרונות מטמון בכונני SSD ופתרונות האצת תקשורת, הדורשים רכיבי זכרון בנפח של יותר מ-256Mb ".
