Mikro-ohjaimissa on jatkossa tarve yhä nopeampiin sulautettuihin muisteihin, kun kellotaajuudet nousevat yli 200 megahertsin. Renesas esitteli San Franciscon uuden piiritekniikan ISSCC-konferenssissa MRAM-testisirun, joka voi vastata uusiin suorituskykyvaatimuksiin.
22 nanometrin prosessissa valmistettu mikro-ohjaintestisiru sisältää sisältää 10,8 megabitin sulautetun MRAM-muistisoluryhmän. Se yltää yli 200 megahertsin satunnaislukunopeuteen. Piirille voidaan kirjoittaa dataa 10,4 megatavun sekuntinopeudella.
Suorituskykyisten MCU-ohjaimien suorittimen kellotaajuudet ovat satoja megahertsejä, joten paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi sulautetun haihtumattoman muistin lukunopeuksia on lisättävä niiden ja suorittimen kellotaajuuksien välisen eron minimoimiseksi. MRAMilla on monia etuja nykyisin käytettyyn flashiin verrattuna. Se on kirjoitussuorituskyvyn kannalta nopeampi kuin flash-muisti, koska se ei vaadi tyhjennystoimintoa ennen kirjoitustoimintojen suorittamista.
ISSCC:ssä Renesas esitteli sekä nopeampaa lukutekniikkaa että kirjoitusta. MRAM-sirulla datan lukeminen suoritetaan yleensä differentiaalivahvistimella sen määrittämiseksi, kumpi muistisolun virrasta tai referenssivirrasta on suurempi. Koska ero muistisolun virroissa 0- ja 1-tilojen välillä (tätä kutsutaan lukuikkunaksi) on pienempi MRAM-muistissa kuin flash-muistissa, referenssivirta on sijoitettava tarkasti lukuikkunan keskelle, jotta lukeminen olisi nopeampaa.
Renesas on esitellyt tähän kaksi mekanismia. Ensimmäinen mekanismi kohdistaa vertailuvirran ikkunan keskelle kunkin testiprosessin aikana mitatun muistisolujen todellisen virranjakauman mukaan. Toinen mekanismi vähentää anturivahvistimen siirtymää. Näillä säädöillä saavutetaan nopeampi lukunopeus.
Näiden edistysten ansiosta Renesas voi saavuttaa maailman nopeimman satunnaislukuajan, 4,2 nanosekuntia. Vaikka otettaisiin huomioon MRAM-lähtödataa vastaanottavan liitäntäpiirin asetusaika, testipiirin lukunopeus oli yli 200 megahertsiä.
Kirjoituksessa Renesasin joulukuussa 2021 julkistamat sulautetun STT-MRAM:n nopeat kirjoitustekniikat paransivat kirjoitussuorituskykyä kohdistamalla ensin kirjoitusjännite samanaikaisesti kaikkiin kirjoitusyksikön bitteihin käyttämällä suhteellisen pientä kirjoitusjännitettä. Koska testiprosesseissa ja lopputuotteessa virransyöttöolosuhteet ovat vakaat, ulkoisen jännitteen alajänniterajaa voidaan löysentää. Täten asettamalla ulkoisesta jännitteestä korkeampi alennusjännite kohdistettavaksi kaikkiin ensimmäisen vaiheen bitteihin, kirjoitussuorituskykyä voidaan parantaa 1,8-kertaisesti.
