面向耐用的STT-MRAM技术在常关型微控制器单元中的应用

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：Endurance-Oriented STT-MRAM Implementation in Normally-off Microcontroller Unit

本文提出了一种嵌入式自旋转移扭矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）宏设计，包含功率不敏感写入驱动器、近驱动单元保护写入方案和温度自适应功率模块，可在-40°C至125°C宽温范围内工作，耐久性比传统方法高超过10^9倍，并通过MCU验证其高密度与低泄漏功耗特性。

　　

摘要：

随着边缘设备中对机器学习应用需求的增加，新兴的边缘设备需要在宽温度范围内具备更高的耐久性，以便在训练过程中持续进行权重更新。对于基于电池供电的嵌入式应用来说，使用非易失性存储器（NVM）设备变得至关重要，这些设备需要提供比eFlash所能提供的更高的耐久性。在本文中，我们提出了一种嵌入式自旋转移扭矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）宏观设计，该设计采用了对电源需求不敏感的写入驱动器、近驱动器单元保护写入机制以及温度自适应电源模块，从而在不牺牲设备级速度和紧凑性的前提下，充分发挥了MRAM的高耐久性和低功耗优势。所提出的设计能够在-40°C至125°C的宽温度范围内正常工作，并且其耐久性比传统方法高出超过10倍。凭借其高耐久性、高密度和低泄漏功耗，这种eMRAM已经通过微控制器单元（MCU）得到了验证。