开机“直接”进系统——MRAM技术扫描
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开机后快速、甚至直接进入系统是多年来大家追求的目标，要实现它，必须改变我们现有的硬件、软件架构。MRAM的出现，让我们离这个目标更进了一步……说起MRAM技术，或许对于长期关注技术的朋友来说并不陌生。在几年前，它就被看作是现在发展成熟的内存（也就是常说的DRAM）的替代者。但因为当时技术的限制，虽然MRAM出现在大家的视野内，但并没有进入到实用化阶段。不过MRAM并没有停止发展的步伐，它继续埋头完善自身的不足。而现在，MRAM在技术上已经快赶上主流的DRAM了，而凭借它先天的优势，在未来超过DRAM（Dynamic Random-Access Memory，即动态随机存储器），并取代它也是完全有可能的。
1 快速、长时间存储是MRAM最大的特点
MRAM是一种非易失性的电脑记忆体技术，虽然该技术原理最早在一百多年前就被发现，但限于当时的技术条件不可能对其进行深入研发。与常见的DRAM内存不同，MRAM属于下一代存储技术，它的全称为“Magnetoresistive Random Access Memory（磁性随机存取内存）”，MRAM的单元结构以TMR元件（也称MTJ，Magnetic Tunnel Junction——磁性隧道结）连接晶体管为核心。
目前产品读写周期可达10ns～35ns（DRAM为50ns～100ns），操作寿命可达10的12次方以上（经研究显示，其芯片在最差的操作环境下可以经受58万亿次读写周期），已初具高性能及无限次的工作周期特性。而MRAM的特点在于断电后，仍可以保持存储数据内容完整（当切断电源后，磁化方向不再变化，因此数据就可以得到保持），目前认为，断电后，其数据保持时间可长达20年以上。MRAM还有一个特性就是耐高温，在实验室环境中，可以在150℃环境中连续使用20年。业界普遍认为MRAM有可能在将来用作PC内存，实现开机就进入操作系统。
对于这种技术性很强，对普通读者来说甚至可以说高深莫测的新技术，该如何来简单明了地解释它的特点呢？我们可通过MRAM技术的核心厂家飞思卡尔的一段技术资料得出该技术的特点。
MRAM配有包含一个晶体管和一个磁隧结（1T1MTJ，1T=一个晶体管，1MTJ=一个磁隧结）的位元。磁隧结位于MRAM位元的中心，MTJ由固定磁层、薄绝缘隧道隔离层和自由磁层组成，由放置在两个磁性层之间的非常薄的氧化铝电介质层构成。每个磁性层都有一个磁性极与之相关联。顶部磁性层称为自由层（自由磁层），因为它可以自由地转换极性。底部磁性层称为固定层（固定磁层），因为极性固定且无法改变。
随着设备磁性状态的改变，电阻也会变化，MRAM技术的存储位的置“0”状态或置“1”状态正是由自由层的极性来确定的。自由层极性和固定层极性一致时（指向相同方向），穿越MTJ栈层的阻抗很低（处于低阻抗状态）。自由层极性和固定层极性呈180°相反时（指向相反方向），穿越MTJ栈层的阻抗就很高（处于高阻抗状态）。
MRAM技术正是由MTJ堆栈中的这种低阻抗和高阻抗的磁阻状态来实现将位元读为“0”或“1”。由于可用晶体管对每个单元进行控制，因此MRAM技术具备耗电量低，且速度快的特点。
2 功耗方面有优势
DRAM只能将数据保持很短的时间，并且为了保持数据，DRAM必须隔一段时间刷新（Refresh）一次，如果断电或存储单元没有被刷新，数据就会丢失，并且随着DRAM核心频率技术不断提高，刷新周期越来越短，其电力消耗也自然增大。虽然通过制造工艺的改进DRAM暂时减少了功耗的迅猛提升，但与MRAM技术相比，在理论上说MRAM技术的功耗会比较低。这是因为MRAM要保持存储数据，并不需要频繁地进行刷新，亦可在不用时将电源关闭。
当然，在早期的MRAM中，由于采用的是较老的磁场数据写入方式，并没有达到预期的低功耗要求。随着存储器容量增加，记忆单元尺寸微缩之后，提升写入选择性以及降低写入电流一直是MRAM面临的大问题——目前所开发的大多数MRAM元件，都是通过改变磁场磁化方向写入数据，磁场须经由隧道磁阻（MTJ）单元附近导线的电流所产生，其缺点就是功耗太大。
为了解决MRAM这个问题，业界主要厂商已在2007年普遍开始采用另外一种MRAM技术，也就是第二代Spin-RAM技术，以期能更好地降低MRAM的功耗。该技术以自旋传输翻转作为写入模式，由于写入电流仅通过被选择的记忆单元，且磁化翻转取决于写入的电流密度，当元件微缩之后反而有利于提升电流密度。该技术耗电量和位单元体积更小，因为采用自旋动量传输机制的MRAM写入只是在自由层之间加入旋转偏振电流，该电流无需通过位元线（bit line），而读取时则是一个传感的过程。
在具体技术上，自旋动量机技术采用电子旋转时的磁化效应来改变MRAM位单元的磁性，用于写入的旋转偏振电流通过MRAM的位单元的磁层之后，就可以将其状态从1变为0，反之亦然。磁性隧道结MRAM位单元由一个晶体管和两个磁层组成，有一个方位固定的磁层和一个自由的磁层，中间由隧道结隔开，两条位元线之间的电流会在对应的位单元上形成磁场，通过改变自由层的磁性取向来完成数据的写入。而读取时只须感知阻抗的变化，消耗的功率比写入要小得多。目前IBM、东芝、台积电等核心厂家的研究人员已相继表示他们利用Spin-RAM技术，已成功解决了MRAM部分功耗及热量波动的问题。
3 存储容量正在提升
从目前来看，MRAM技术虽然和以前相比有了长足的进步，但要推向市场并一举成名，则还需要一段时间。因此各大厂家正对该技术进行紧张的研发。比如在MRAM技术的存储密度（容量）的研发上便是如此。大家知道，存储器长期以来都是半导体产业中发展最为艰难的市场之一，因为其利润空间已经非常微薄。因此，存储器技术研发厂家及制造商必须在满足市场对更大存储密度和更高速度需求的同时不断地找到降低成本的途径。
所以，存储器的可存储密度是决定内存/硬盘成本的主要因素，也是决定技术成败的主要因素。存储器具备越大的密度就意味着更多的“细胞（存储单元）”可以装到一颗单一的芯片中，意味着厂家可以生产更高容量的芯片，提高产量的同时降低相关的成本，这是MRAM存取技术目前发展的重要方向。
最为常见的系统内存DRAM，使用一个小电容作为内存的元素，这使得DRAM的密度和容量是现有RAM中最高的。因此，它的成本是同类产品中最低的，这也是它为什么能被广泛地用在电脑中的主要原因。
存储密度也与制造工艺（芯片制程）有很大的关系。MRAM不需要晶体管进行写操作，但它有磁阻选择的问题，制造工艺也比较复杂，从而限制了其密度的突破，所以它目前主要的发展方向就是通过制造工艺（如较新的65nm工艺）的提高来提升产品密度。
各厂家目前也普遍采用新技术来提高MRAM存储密度，例如MRAM技术的核心厂家IBM和TDK就已宣布，将开展一个为期四年的高密度MRAM（Magnetic Random Access Memory）的研发项目，目标是采用自旋动量传输（Spin-momentum Transfer或Spin-RAM）的全新写入机制，以氧化镁取代氧化铝结构，制程从180nm转换至65nm，将MRAM现有16Mbit的存储密度提高20倍，从而大大减小功耗和位单元的体积，降低成本，以利于MRAM技术能更快地走向实用化。
东芝公司已宣布了他们对MRAM研究的最新成果，其已生产出邮票大小的1GB容量MRAM芯片，未来MRAM的存储容量将朝GB等级迈进。
4 写在最后：MRAM前景光明
从整体特点来看，MRAM拥有非易失性，存储单元体积小，读写寿命接近无限，技术成熟后的产品耗电量仅为DRAM的十分之一或更低等等优势。其速度也远高于内存等存储设备，很多专业人士都普遍认为MRAM有可能在将来用作电脑内存乃至硬盘，实现即时开机进入操作系统（现有内存系统在每次开机时，需要把一系列系统本身要使用的数据再次写入内存，而MRAM不需要）。
目前一些MRAM产品已被应用在了高端的航空航天和军事系统领域，未来可应用的领域包含数码相机/摄像机、笔记本电脑、个人电脑、游戏机、智能卡、移动电话、蜂窝基站、数据记录特殊记忆体（如黑匣子解决方案，更需要安全的存储器）等等。当然，作为一种被业界广泛看好，号称有望取代现有内存乃至硬盘的新兴内存技术，在PC内存正准备进入DDR3时代的今天，MRAM的发展仍任重道远，很难一蹴而就。
随机存储器的发展已普遍向更快的存取速度、更低的存取功耗、更小的芯片面积、可反复写入次数高、读写速度对称（Flash写入慢、读取快）、不需要写前擦除资料、断电后资料具备良好的可保存性、可取代硬盘成为一种新存储媒体、资料保存久、制造容易的方向发展，MRAM磁阻随机存取内存技术要想从中虎口拔牙、异军突起，它独具的可兼做内存和硬盘的特性，或许将让它逐步实现自己的梦想，实现从“丑小鸭到天鹅”的变化。
