我想各位肯定也有過類似經歷：辛辛苦苦編輯的文檔，由于沒有及時保存，被突如其來的斷電（熊孩子關機、跳閘、停電等），弄得你的工作付諸東流。

為什么數據沒有保存，掉電就丟失了呢？因為我們編輯文檔等操作，都是在內存中進行的。內存是揮發性介質，掉電后數據就丟失。而硬盤是非揮發性介質，數據一旦保存，即使遇到異常掉電情況，上電后數據還在。

內存（Memory）和硬盤（Storage），作為存儲介質，由于不同的特性，它們之間的界限還是很明顯的。內存由于其訪問速度快的特點，用以存放程序運行代碼和數據；硬盤（HDD或者SSD）由于其非揮發性特點，用以長久存放用戶文件數據。有沒有一種這樣的存儲介質，既具有內存速度快的特點，還具有硬盤非揮發性的特點？

有！今天我要介紹的MRAM就是這樣一種新型存儲介質。

什么是MRAM

何為MRAM? 百度百科是這樣說的：

“MRAM(Magnetic Random Access Memory) 是一種非易失性(Non-Volatile)的磁性隨機存儲器。它擁有靜態隨機存儲器（SRAM）的高速讀取寫入能力，以及動態隨機存儲器（DRAM）的高集成度，而且基本上可以無限次地重復寫入。”

劃重點：

MRAM是非揮發性介質；

MRAM是磁性隨機存儲介質；

MRAM具有RAM的讀寫速度；

MRAM可接近無限次寫入。

MRAM特點

我們來看看MRAM有哪些特性。

首先看看MRAM有多快。

從上圖可以看出，MRAM（Spin Torque MRAM）的讀寫速度跟DRAM差不多。3D-Xpoint、PCM等新型存儲介質，在寫速度方面跟MRAM相差二三個數量級。所有新型存儲介質中，MRAM是唯一一個真正做到和DRAM一個級別訪問速度的介質。

從上圖我們還可以看到，MRAM非常耐寫，1后面跟了很多很多0，可以認為是長生不老。

除此之外，MRAM還具有很好的數據保持性和寬的工作溫度范圍。

總結一下MRAM的特點：

基于閃存的SSD，由于每個block壽命有限，因此SSD固件需要做磨損均衡（wear leveling）算法。MRAM由于長生不老的特點，固件就無需實現wear leveling了。

閃存不能覆蓋寫（寫之前需擦除block），因此SSD固件需要做垃圾回收。MRAM可以原地更新，因此不存在垃圾回收之說。

MRAM數據存儲原理

我們知道（不知道的參看《閃存基礎》），閃存數據存儲在浮柵晶體管，通過往浮柵極注入電子的多少來表示邏輯“0”和“1”。

那么，MRAM存儲原理是什么呢？

MRAM的存儲單元是MTJ(“茅臺酒”，Magnetic Tunnel Junction，磁性隧道結）+ 一個晶體管：

MTJ由三層組成：

最下面是自旋方向固定的一層（可以認為磁性方向固定），中間是隧穿層，最上面自由層的自旋方向可以發生變化，向左或者向右。當最上層自旋方向與最下層自旋方向一致時，MTJ具有低電阻；當最上層自旋方向與最下層自旋方向相反時，MTJ具有高電阻。因此，MRAM通過判斷MTJ是低電阻還是高電阻，來感知“1”（低阻態）或者“0”（高阻態）。

寫入數據的過程如下圖，相互垂直的一系列電流相當于經緯線，通過嚴格控制電流，可以精準地在二者相交的地方產生合適的磁場，從而改變最上面一層自旋方向。

當最上層的（Free Layer）一旦自旋方向確定后，它不會因為掉電而發生自旋方向改變，因此，MRAM是非揮發性存儲介質。

上面描述的其實是第一代MRAM，即Toggle MRAM。

Toggle MRAM可以有效抵抗高輻射以及高溫環境，因此可以用于軍事及航天領域。

但Toggle MRAM的缺點是：

功耗相對高；

集成度做不上去（尺寸越小，寫干擾大）。

第二代MRAM叫做STT-MRAM, Spin-Transfer Torque MRAM, 其存儲單元也是MTJ+一個晶體管。不過，MTJ的自旋方向是上下，而不是左右；另外，它寫入方式與Toggle MRAM不同，STT-MRAM使用自旋極化的電流來控制最上層的自旋方向。

與Toggle MRAM相比，STT-MRAM具有以下特點：

速度更快；

更加節能；

集成度更高。

MRAM應用場景

MRAM兼有DRAM的訪問速度和硬盤的非揮發性，它把內存和硬盤合二為一。

因此，它可以應用在任何需要快速訪問（低延遲和高性能）但又希望掉電后數據不丟失的場合。

回到開頭發生在我身上的那個場景，如果我電腦配了MRAM，那么即使熊孩子按了我電腦電源，開機后我未保存的文檔還是在那的。

MRAM發展現狀

家有熊孩子的朋友可能要問，這么牛逼的東西，哪里有得賣？

MRAM不是只存在實驗室，Everspin公司已經實現量產，包括Toggle MRAM和STT-MRAM產品。

下面是MRAM和Everspin公司的發展歷程。

另外，GlobalFoundries和三星也宣布了MRAM的產品計劃。三星預計今年（2018年）年底就會出eMRAM（STT-MRAM）產品。

除此之外，還有其他一些公司也在開發MRAM芯片，其中就有我們熟知的IBM和Toshiba，以及不那么熟悉的Avalanche Technologies,Spin Transfer Technologies，Crocus等。

我沒有MRAM的價格數據。但很顯然，作為一種新型存儲介質，剛上市價格肯定不便宜。