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» 2016年04月14日 11時30分 公開

福田昭のデバイス通信 ARMが語る、最先端メモリに対する期待(16):求む、「スーパーメモリ」 (2/2)

[福田昭,EE Times Japan]
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「スーパーメモリ」の候補技術

 「スーパーメモリ」の目標仕様をもう少し詳しく見ていこう。必須の要件は不揮発性メモリであること、製造プロセスがCMOSロジックと互換であること、記憶容量当たりの製造コストがDRAMに近いこと、データの読み書きを高速に実行できること、データの書き換え可能な回数が10年の使用に耐えること(具体的には10の15乗回以上)、動作時の消費電力が低いこと、高い電源電圧を必要としないこと、などである。

 スーパーメモリの候補は既に存在する。1つは「スピントルク注入型磁気メモリ(STT-MRAM)」、もう1つは「抵抗変化メモリ(RRAM)」である。

 データ読み書きの高速性と書き換え可能回数のバランスで見ると、SRAMとDRAMはいずれも非常に高い位置に来ており、バランスが良い。一方でNANDフラッシュは書き換え回数の制限があり、なおかつ書き込みに時間がかかることから、低い位置にレイアウトされてしまう。

 スーパーメモリの候補であるSTT-RAMは、SRAMとDRAMに近い高速性と書き換え可能回数を有する。RRAMは書き換え可能回数と速度とも、やや劣る。

 またデータ読み出しの容易さ(Readability)と電源電圧のバランスでみると、RRAMが非常に良い位置につけている。STT-RAMは読み出しの容易さではかなり劣る。

半導体メモリの性能とバランス。左はデータ読み書きの高速性(横軸)と書き換え可能回数(縦軸)。右は電源電圧(横軸)とデータ読み出しの容易さ(縦軸) (クリックで拡大) 出典:ARM

最終勝者は誰か

 続いてシリコン面積とビット書き換えエネルギーのバランスで見ると、SRAMとNANDフラッシュの違いが良く分かる。SRAMはビット書き換えエネルギーが非常に低いにもかかわらず、シリコン面積では最も大きくなってしまう。逆にNANDフラッシュはシリコン面積が最も小さいにもかかわらず、ビット書き換えエネルギーが最も大きい。

 この点でSTT-RAMとRRAMはいずれも、かなり良いバランスを保っている。シリコン面積はそこそこであり、書き換えエネルギーはNANDフラッシュに比べるとはるかに低い。

 最後に製造コスト(シリコン面積とプロセスの両方を含む)とデータ保持時間のバランスを見ていこう。データ保持時間が長く、製造コストが低いのはNANDフラッシュとRRAMである。いずれもスーパーメモリの仕様をほぼ満足している。STT-RAMはデータ保持時間に改良の余地がある。

半導体メモリの性能とバランス。左はシリコン面積(横軸)とビット書き換えエネルギー(縦軸)。右は製造コスト(横軸)とデータ保持時間(縦軸) (クリックで拡大) 出典:ARM

 STT-MRAMとRRAMのいずれかが「スーパーメモリ」になるのか。それとも別の技術がこれから登場し、ダークホースとなるのか。あるいは、誰も最終勝者にはなれないのか。行方はまだ分からない。

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