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Retour sur le futur des mémoires

1 : Introduction 2 : FeRAM : Une réalité de fer 4 : MRAM (suite) : aimant ou pas aimant ? 5 : IBM Millipede ou la mémoire mille pattes 6 : PRAM : la mémoire en phase avec les données 7 : Z-RAM : un bien dans un mal 8 : NRAM : ou le rêve des nanotubes de carbones 9 : Conclusion

MRAM : la mémoire qui attire

La MRAM (Magnetoresistive RAM) est une mémoire non volatile développée depuis les années 1990. Contrairement aux RAM traditionnelles, les données ne sont pas constituées de charges électriques, mais magnétiques. Chaque cellule de MRAM contient deux éléments ferromagnétiques, chacun pouvant retenir un champ magnétique. L’élément inférieur est dit fixe, car son état reste permanent et sa polarité spécifique tandis que celui qui se trouve en haut de la cellule est dit libre, car il change d’état en fonction du champ extérieur. Les deux plaques sont séparées par un tunnel diélectrique fin.

Prendre position

La lecture des données s’effectue en mesurant la résistance électrique d’une cellule. On utilise pour cela le phénomène présent « d’effet tunnel magnétorésistance » qui intervient lorsqu’un isolant est présent entre deux éléments ferromagnétiques. La résistance du courant dans le tunnel change en fonction de l’orientation du champ dans les deux plaques. Ainsi, si les deux éléments ont la même orientation magnétique, la résistance sera faible et on prendra cela pour un 0 tandis que si les orientations magnétiques sont opposées, la résistance sera plus grande et on considéra donc que la valeur sera 1.

En ce qui concerne l’écriture, plusieurs technologies ont vu le jour. En schématisant, on voit qu’en haut et en bas de chaque cellule se trouve une ligne d’écriture, les deux formant un angle droit. Celle du haut est la Bit Line tandis que celle du bas est la Word Line. Le courant traverse ces lignes qui pour orienter l’élément ferromagnétique libre génère ainsi le champ magnétique approprié. Le problème est que cette approche demande de générer un courant important ce qui est incompatible avec les systèmes pronant une faible consommation. De plus, la grande intensité du courant peut aussi affecter involontairement d’autres cellules provoquant des erreurs d’écriture.

Tu me fais tourner la tête…

Voilà pourquoi on parle de plus en plus de Spin Transfer Switching qui est une autre méthode d’écriture. Cette technique utilise le phénomène de spintronique présent dans les « jonctions tunnel magnétique ». Grossièrement, le spin – notion issue de la physique quantique – caractérise le mouvement de rotation de chaque électron. Le principe veut que le spin de chaque électron s’aligne, sur l’orientation du champ magnétique créé par l’élément qu’il traverse (cf. schéma ci-dessous).

Mais si l’on envoie un nombre suffisant d’électrons de spins cohérents (identique pour tous), ce sont eux qui vont provoquer la repolarisation du matériau. La technique du STS repose sur ce phénomène, pour faire basculer la couche libre d’un état à un autre. L’inconvénient de cette technique est qu’elle demande des transistors plus gros et un système qui maintenant une cohérence entre les spins, chose qui n’est pas aisée. Néanmoins, l’intensité des courants utilisés est plus faible que pour le MRAM classique, ce qui diminue la consommation énergétique. De plus, le nombre de transistors utilisé reste inférieur à celui d’une SRAM ce qui permet d’obtenir de meilleure densité (plus de bit par pouce carré).

Sommaire :

  1. Introduction
  2. FeRAM : Une réalité de fer
  3. MRAM : la mémoire qui attire
  4. MRAM (suite) : aimant ou pas aimant ?
  5. IBM Millipede ou la mémoire mille pattes
  6. PRAM : la mémoire en phase avec les données
  7. Z-RAM : un bien dans un mal
  8. NRAM : ou le rêve des nanotubes de carbones
  9. Conclusion