東芝のSTT-MRAM、モバイルプロセッサの消費電力を1/3に：メモリ/ストレージ技術

東芝が新たに開発した不揮発性磁性体メモリ（STT-MRAM）は、スマートフォンやタブレット端末に搭載されるモバイルプロセッサの消費電力を約1/3に低減するという。SRAMの代替メモリの候補であるMRAMだが、これまでは消費電力が障壁となって、モバイルプロセッサへの採用がなかなか進まなかった。今回の開発は、SRAMの置き換えを加速する原動力となるかもしれない。

[EE Times Japan]

　東芝は2012年12月10日、モバイルプロセッサ用キャッシュメモリ向けに、低消費電力のスピン注入磁化反転型MRAM（STT-MRAM：Spin Transfer Torque-MRAM）を開発したと発表した。同社によれば、このSTT-MRAMは、「（発表時点では）世界で初めて、キャッシュメモリに使用されているSRAMよりも低消費電力での動作を実現した」という。

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　SRAMに代わるメモリとして期待されているMRAMだが、これまで開発されてきたMRAMは、待機状態でのリーク電流は低減するものの、動作状態での電力が非常に大きかった。結果的にSRAMよりも消費電力が大きくなってしまい、これがプロセッサへの適用を妨げてきたという。

　今回発表したSTT-MRAMは、垂直磁化方式^＊1）のSTT-MRAMをベースにメモリの構造を改良し、30nmプロセスを採用したものだ。従来のSTT-MRAMでは、消費電力の削減と動作速度の向上をいかに両立させるかが課題だったが、新たに開発したSTT-MRAMでは、消費電力を下げつつ、動作速度を上げることに「初めて」（東芝）成功したという。これにより、動作時の消費電流は、従来の約1/10まで削減できたとしている^＊2）。また、新開発のSTT-MRAMを搭載したプロセッサでソフトウェアを動作させた際の消費電力は、標準的なモバイルプロセッサに比べて約1/3だったという。

＊1）磁性層に垂直方向の磁化を記録する方式。従来の面内磁化方式に比べ、磁化反転時のエネルギーレベルが低く、少ない電流で書き込むことができる。

＊2）2012年に米国ミネソタ州ミネソタ大学らが論文で発表したSTT-MRAMのデータと比較した結果である。

MRAMの処理速度と消費電力　出典：東芝

垂直磁化方式STT-MRAMの素子の断面　出典：東芝

　さらに、リーク電流のパスが存在しない回路を新たに設計することで、動作時でも待機時でもリーク電流がゼロになる、いわゆるノーマリーオフ動作を実現したとしている。

　なお東芝は、今回の成果の詳細を、米カリフォルニア州サンフランシスコで2012年12月10日（現地時間）に開幕する半導体素子の国際学会「2012 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM 2012）」で発表する。