🧲 MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory）
📘 概要
MRAMは、磁気トンネル接合（MTJ: Magnetic Tunnel Junction）を用いた不揮発性メモリです。
電流で磁化状態を反転させることで「1」「0」を記録し、電源オフでもデータを保持できます。
- 高速・高耐久・不揮発という特徴を持ち、「理想のメモリ」に近いとされる
- SRAMやFlashの代替、さらにはキャッシュ用途の組込み実装も視野に入る
🧩 構造：MTJセル（磁気トンネル接合）
磁性固定層 ─┐
│ ← 絶縁トンネル層
磁性可変層 ─┘
▶ 磁化方向が平行 → 低抵抗（“1”）
▶ 逆方向 → 高抵抗（“0”）
- 書き込み：スピン偏極電流により可変層の磁化を反転
- 読み出し：抵抗値を検出（破壊なし）
- 実装方式：
- STT-MRAM（Spin-Transfer Torque）：主流技術、既に量産実用段階
- SOT-MRAM（Spin-Orbit Torque）：次世代。書込み速度と耐久性向上
📊 特性と比較
| 項目 |
MRAM |
SRAM |
DRAM |
Flash |
| 不揮発性 |
◎ |
× |
× |
◎ |
| 書換回数 |
◎（>10¹⁵） |
◎ |
◎ |
△（10⁴〜10⁵） |
| 書換速度 |
◎（SRAMに近い） |
◎ |
○ |
× |
| 消費電力 |
中 |
中 |
高（リフレッシュ） |
低 |
| 面積効率 |
○ |
△ |
◎ |
◎ |
🧪 技術展開と製品化状況
- TSMC, Samsung, GlobalFoundries などがPDKで対応開始
- eFlash代替としてマイコンや組込み向けに採用拡大（例：28nm eMRAM）
- キャッシュメモリやAIチップ向けにも試験導入中
- 課題：
- セル面積の最小化（SRAMよりやや大きい）
- 書込み電流と熱安定性のバランス
🧭 SoC設計での導入意義
- eFlash/E2PROMの代替：書換耐性の高い不揮発メモリとして最適
- スリープ即復帰（instant-on）を求める組込み・IoT分野での活用
- SRAMと比べてリーク電流が小さく、低待機電力設計にも有効
📚 教材的意義
- 不揮発メモリ技術の中でもCMOSプロセスとの統合性が高い
- スピントロニクスの応用例として、物性→実装設計の接続点を示せる
- FlashやFeRAMとの構造・速度・耐久性の比較教材として重要
🔗 関連章（参照）
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