Une mémoire hybride SRAM-MRAM

Toshiba a présenté une mémoire cache hybride utilisant 512 Ko de STT-MRAM comme cache L2 et 32 Ko de SRAM comme cache L1. Les simulations ont montré que ce modèle consommait moitié moins d’énergie sans affecter le traitement des données. L’utilisation d’une STT-MRAM permet aussi de réduire le temps nécessaire pour sortir du mode veille. En utilisant un cache L2 classique en SRAM, la mémoire demande 20 µs pour sortir d’un mode veille simple, c’est-à-dire qu’une partie de la mémoire reste alimentée pendant son sommeille et 150 µs lorsqu’elle sort d’un mode veille profond, c’est-à-dire que l’alimentation du cache L2 a été complètement coupée. Avec une STT-MRAM, on réduit ce temps à 1 µs.

La MRAM n’est pas encore la solution miracle

Toshiba n’utilise de la MRAM que pour le cache L2, car lorsque le processeur passe en mode veille, les données du cache L1 sont écrites dans le cache L2. La MRAM étant non volatile, elle conserve ses données, même lorsque le courant est éteint. Il n’y a donc pas besoin d’utiliser de la MRAM dans le cache L1, car il récupère ses données en les copiant directement du cache L2. De plus, les fréquences de fonctionnement de la MRAM restent encore bien inférieures à celles de la SRAM. Afin de limiter l’impact sur les performances, il est pour l’instant préférable de garder un cache L1 classique.

Le Japonais a présenté ses travaux lors d’une conférence sur le magnétisme et les matériaux magnétiques qui s’est tenue la semaine dernière aux États-Unis. Les recherches n’en sont pour l’instant qu’à leur début. Il faudra encore attendre quelques années avant que les simulations deviennent des prototypes et que les expériences en laboratoires soient portées sur les chaînes de fabrication en masse.

Pour mémoire la STT-MRAM repose sur le couple de transfert de spin (Spin-Transfer Torque en anglais) qui est un phénomène qui a lieu lorsqu’un courant polarisé en spin (qui contient des électrons ayant le même mouvement angulaire, NDLR) traverse la jonction tunnel magnétique, une structure composée de deux éléments ferromagnétiques séparés par une fine couche isolante. Comme le montre le schéma ci-contre, une des couches ferromagnétiques est dite piégée par un élément antiferromagnétique. Quoi qu’il arrive, sa polarité restera inchangée. L’autre couche est par contre libre et lorsque le courant polarisé traverse la jonction à effet tunnel, elle va adopter le spin des électrons envoyés, un phénomène connu sous le nom de Spin-transfer Switching. On va ensuite mesurer la résistance magnétique de la structure. Si elle est forte, cela signifie que les deux plaques ferromagnétiques ont des polarités opposées, ce qui représente un 0. Si elle est faible, les polarités sont identiques, ce qui signifie un 1.

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