由于存储器制程比较简单，存储单元均可快速被复制，可以帮助先进制程工艺快速提升良率。所以，在过去很长的一段时间内，存储器都扮演着肯为先进制程工艺成为“吃螃蟹的人”。但是，伴随着先进制程工艺进入到65nm以后，相当一部分先进制程工艺的厂商已经积累了足够的经验，可以跳跃过存储器的验证，直接将先进制程用于逻辑产品。
与此同时，伴随着AI、物联网等领域的兴起，使得大数据的应用越来越广泛，这些新兴领域在不断催促着存储器追赶先进制程的脚步。目前，各大存储器大厂都在升级20nm制程，其中，DRAM、闪存和 SRAM 等传统内存仍然是市场上的主力技术。
在这个过程中，传统存储技术遇到了不少困难。其中，DRAM采用持续微缩的单元设计需要引入多重图案化技术，并最终在批量制造中需要采用EUV光刻技术，而我们都知道EUV技术现在还没有能够大规模应用。同样，平面 NAND也曾面临微缩的限制，最终采取垂直方向上的转变，也就是现在市场上非常流行的3D NAND技术。
传统存储技术面临着挑战，也催生了新技术的出现。在这种情况下，MRAM出现了。MRAM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。也就是说，MRAM能够将存储器的密度与SRAM的速度相结合，同时具有非易失性和高功效。
MRAM技术始于1984年，当时Albert Fert和PeterGrünberg发现了GMR效应。 在20世纪80年代中期，支持者认为MRAM最终将超越竞争技术，成为占主导地位甚至是通用的存储器。1996年，自旋转移力矩被提了出来，这个发现使磁隧道结或自旋阀能够被自旋极化电流修改。基于这一点，摩托罗拉开始了他们的MRAM研究。一年后，摩托罗拉开发出一种256Kb的MRAM测试芯片。这使得MRAM技术开始走向产品化，随后在2002年，摩托罗拉被授予 Toggle专利。这也是第一代MRAM，即Toggle MRAM。但是，由于第一代MRAM在先进的工艺节点下耗能太高，使得MRAM的发展遇到瓶颈。
2004年，摩托罗拉将其半导体业务独立出来，成立了飞思卡尔半导体。2006年7月，飞思卡尔开始销售世界上第一款商用MRAM芯片。这些芯片的容量低至4Mbit，价格定在25美元。与此同时，MRAM已经开始受到了其他厂商的关注，英飞凌、台积电、东芝、瑞萨等等企业也开始了MRAM方面的研究。MRAM技术也得以向第二代发展，目前，主流的研究主要是TAS-MRAM和STT-MRAM。
其中之一，第二代MRAM器件使用自旋极化电流来切换电子自旋，也就是STT-MRAM。2005年，瑞萨科技与Grandis合作开发了65nm的STT-MRAM。与MRAM相比，STT-MRAM器件更快，更高效且更容易缩小。与传统内存技术相比，STT-MRAM器件不仅能兼顾MRAM的性能，还能够满足低电流的同时并降低成本。
基于以上优势，STT-MRAM被视为是可以挑战DRAM和SRAM的高性能存储器，并有可能成为领先的存储技术。尤其是在40nm以下工艺节点上，NOR开始暴露出很多问题，STT-MRAM被寄予厚望。市场认为，STT-MRAM不仅在40nm节点下可以被利用，甚至可以扩展到10nm以下应用。更值得注意的是，STT-MRAM可基于现有的CMOS制造技术和工艺发展，在技术上进行接力的难度相对较小，从而，可以直接挑战闪存的低成本。
理想很丰满，现实很骨感。随着技术规模的缩小，STT-MRAM遭受严重的工艺变化和热波动，这极大地降低了STT-MRAM的性能和稳定性。对于大多数商业应用来说，STT-MRAM的道路依旧充满艰难险阻。
从结构上看，STT-MRAM存储单元的核心是一个MTJ，也就是STT-MRAM是通过MTJ来存储数据。通常情况下，MTJ是由两层不同厚度的铁磁层及一层几个纳米厚的非磁性隔离层组成，它是是通过自旋电流实现信息写入的。写入信息时需要较大的电流产生磁场使 MTJ 自由层磁矩发生反转。随着存储单元的尺寸减小，需要更大的自由层磁矩反转磁场，因此也需要更大的电流。但是，大电流不仅增加了功耗，也使得变换速度减慢，限制了存储单元写入信息的速度。
在CSTIC 2019上，就有专家提及，目前STT-MRAM的挑战主要存在于需要更大的写入电流、MTJ的缩放，以及如何降低误码率，这三者之间的平衡。
挑战同时代表着机遇，STT-MRAM对各大厂商的吸引力不减。2008年，飞思卡尔将其MRAM业务独立出来，成立了EverSpin Technologies。2014年，Everspin与Global Foundries合作，在300毫米晶圆上生产面内和垂直MTJ ST-MRAM，采用40纳米和28纳米节点工艺。2017年，Everspin号称是唯一出货商用MRAM产品的公司，由此也可以看出Everspin在此方面的优势。2018年，Everspin还是与Global Foundries合作，推出了全球首个28 nm 1 Gb STT-MRAM客户样品。但我们都知道，Global Foundries已经停止了7nm以下先进制程的投入，着力14/12纳米FinFET。而市场上对 STT-MRAM的预期却没有止步于12nm。接下来，
EverSpin将会选择与哪家代工厂合作？
再次回到十年前，海力士半导体和Grandis的合作伙伴关系也始于2008年，他们之间的合作意在探索STT-MRAM技术的商业开发。
而在上文当中，我们曾叙述，瑞萨也曾与Grandis展开STT-MRAM相关合作，而海力士的合作伙伴同样也是选择了Grandis。Grandis是否能够凭借新兴技术在存储领域获得一席之地？据悉，Grandis成立于2002年，发明了第一个基于磁隧道结的自旋转移扭矩薄膜结构，并迅速成为STT-RAM领域的领导者。2011年，Grandis被三星电子有限公司收购，并合并到三星的内存业务中。三星也因此开始踏足STT-MRAM。2018年，三星电子的晶圆代工论坛期间，公司重申了其在2018年开始生产STT-MRAM芯片的目标。三星表示真正的STT-MRAM大规模生产将始于2019年。
除了Grandis，IBM也是STT-MRAM的先驱，与英飞凌和三星合作。2016年，IBM和三星研究人员就展示了11纳米级STT-MRAM。2018年，IBM展示了他们的FlashCore NVMe SSD，它提供了19 TB的闪存存储，并使用Everspin的5-256Mb STT-MRAM芯片进行写入缓存和日志记录。
除上文提到的Global Foundries和三星外，根据CSTIC 2019期间，Yole的调查报告显示，包括台积电、英特尔、联电在内的顶级晶圆厂都准备好了将28/22nm嵌入式STT-MRAM用于微控制器。
2019年2月，在英国国际固态电路会议上，英特尔透露STT-MRAM技术已准备好进行批量生产。据EE Times报道，该公司预计将使用22nm FinFET工艺来制造存储芯片。
2000年，台积电就和台工研院合作投入MRAM等次世代内存研发。2011年，高通公司在VLSI电路研讨会上也展示了采用台积电 45纳米LP技术制造的1 Mbit嵌入式STT-MRAM 。由于成本的原因，台积电放弃过MRAM。但是，在2017年中，台积电重返内存市场瞄准MRAM和RRAM。据DIGITIMES预测，2019年台积电的STT-MRAM极有可能量产出货。
同样，2018年，联电和Avalanche Technology宣布，他们已经联合开发和生产28nm MRAM，以取代嵌入式闪存。联电还将通过Avalanche Technology Inc.的许可向其他公司提供此技术。
各大晶圆厂纷纷在2019年布局STT-MRAM量产计划，并开始逐渐走向28nm以下的产品。但大陆方面还在40nm以上的STT-MRAM挣扎，并没有太大的优势。STT-MRAM的出现，使得国际厂商将目光从NOR上转移。同样，在前不久结束的semicon 2019存储器论坛上，也有一种声音出现：NOR技术想要全面取代STT-MRAM还需要一段时间，这个时间差，为大陆方面发展NOR提供了机会。
关键词：EVERSPIN
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