存储器这个千亿美元的大市场一直被美日韩企业所垄断，DRAM市场三星、海力士和美光科技三家瓜分了86%的市场份额（2020数据）；NAND市场除了一家独大的三星，铠侠、西部数据、美光科技、海力士和英特尔势均力敌，上述企业市场份额合计达到98%（2020Q1数据），留给其他厂商的生存空间非常有限。

目前在NOR市场国内企业表现亮眼，兆易创新与两家台企华邦、旺宏三分天下，与其他厂商有很大的领先优势。在DRAM和NAND市场，长鑫存储和长江存储国产化进程顺利，相关产品均实现商业化，并占有一定的市场份额。被拉入实体清单的福建晋华如同打不死的小强，也在夹缝中寻求一线生机。

除了传统的存储器，在FRAM、MRAM等新兴存储器中也能看到中国内企业的身影。比如本月初获得数千万Pre-A的亘存科技，就是一家从事MRAM存储器研发、设计的公司，其可参考的公司就是主要从事MRAM的美国Everspin公司。三星电子等也有MRAM业务，但仅是存储业务中的一小部分

数千万元到手，亘存科技的MRAM究竟是啥东西？

月初亘存科技获得数千万元的Pre-A融资，领投方是深圳市高轩投资，百度风投、正轩前瞻创业投资、陆石投资等多家机构跟投，资金将用于芯片优化、迭代及团队扩充。

MRAM即磁随机存储器技术，发展于上世纪90年代，是一种利用读取磁阻大小为原理的新型非易失性存储技术，具有高速读写、高密度、低工作电压和优异的萎缩性等优势，是唯一能将访问速度做到与DRAM一个级别的储存技术。

MRAM最初主要作为高可靠独立存储器用于航空航天等领域。2019年随着几家头部厂商代工环境成熟，MRAM开始进入工业、汽车、物联网和消费类等领域，也打开了未来的成长空间。2020年全球MRAM市场规模为6.6亿美元，预计2026年达到26亿美元，年复合增长率为21.3%。

磁隧道结是MRAM的基本存储单元，核心部分由两个磁铁金属层（典型厚度1-2.5nm）夹着一个厚度为1-1.5nm的隧穿势垒层（绝缘材料）构成类似三明治结构的纳米多层膜，其中一个铁磁层被称为参考层（Reference Layer）或固定层（Fixed Layer），磁化沿易磁化轴方向固定不变。另一个铁磁层被称为自由层（Free Layer），磁化有两个稳定取向，分别与参考层平行或反平行，这将使磁隧道结处于低阻态或高阻态，也就是所谓的隧穿磁阻效应，两个组态分别代表0和1:

MRAM目前发展了两代，第一代是基于磁场驱动型技术，即通过电流的磁场驱动存储单元的磁矩进行写入操作，代表技术有Astroid MRAM和发展比较成熟的Toggle MRAM。

Astroid MRAM是早期设计结构最简单的MRAM，电路结构如下：磁隧道结置于digit line和bit line交叉处，digit line和bit line分别沿着自由层难磁化轴和易磁化轴方向。写入时被选中的磁隧道结digit line和bit line分别通入电流以产生互相垂直的两个磁场，它们的大小均不足以使自由层完成磁化翻转，但二者能够将彼此方向上的矫顽场大小将地址所产生的磁场以下，因此只有交叉处的磁隧道结能够完成状态的写入：

不过这种方式要求bit line或digit line产生的磁场足够大以至于能够有效减小digit line方向或bit line方向上的矫顽场，同时也要足够小以避免同一条bit line或digit line上的其余磁隧道结被误写入带来半选干扰问题，加上工艺偏差的存在，会产生读写错误，所以允许写入的磁场范围非常有限。

Toggle MRAM改进了上述限制，主要是将自由层的难（易）磁化轴与写入磁场呈45度放置，则单独的一个写入磁场无法使自由层完成磁化翻转，从而避免半干扰问题，同时也扩展了写入磁场的可操作性。

这种方式最先由Freescale提出，并基于该技术推出了第一款4M的Toggle MRAM商用存储器。之后业界还提出利用热辅助来改善MRAM的写入性能，即只需一个外加磁场就能解决半干扰问题。顺便说一下，目前专做MRAM的美国Everspin就脱胎于Freescale。

不过Toggle MRAM和热辅助MRAM均不能根本上克服磁场写入方式的三个固有缺陷：需要毫安级别的写入电流，功耗较高；随着工艺尺寸减少，写入电流急剧增大，难以在纳米级别磁隧道结中推广应用；需要较长载流金属线产生磁场，电路设计复杂度较高，也限制了MRAM的应用。

STT-MRAM（Spin-transfer Torque MRAM，自旋传递扭矩MRAM）的基本原理如下：当电流从参考层流向自由层时，首先获得与参考层磁化方向相同的自旋角动量，该自旋极化电流进入自由层时，与自由层的磁化相互作用，导致自旋极化电流横向分量被转移。由于角动量守恒，被转移的横向分量将以力矩的形式作用于自由层，迫使自由层磁化方向与参考层接近。同理对相反方向的电流，参考层对自旋反射作用使自由层磁化获得相反的力矩，因此被写入的磁化状态由电流方向决定。

这种方法克服了传统磁场写入方式的缺点，写入电流大小可随工艺尺寸缩小而减小。不过目前STT MRAM中的主流技术是基于垂直磁各向异性的磁隧道结的pSTT-MRAM，最早于2002年由Nishimura等人提出。垂直磁各向异性磁隧道结的尺寸可持续缩小以降低临界电流密度，与之匹配的半导体CMOS电路的晶体管尺寸也可以更小，从而节省了空间，提高了存储密度。2011年三星报道了短轴长度仅为17nm的垂直磁各向异性磁隧道结，可与22nm工艺相融合，2016年更是于IBM合作展示了直径为11nm的垂直磁各向异性磁隧道结，可以与14nm工艺相匹配。同年IMEC展示了世界上最小的垂直磁各向异性磁隧道结，直径仅为8nm，兼容半导体10nm以下节点。由于采用1晶体管+1pMTJ的pSTT MRAM结构，集成度更高，更具有市场竞争力。

Everspin也基于这项技术推出256M和1G的商用STT MRAM，IBM、三星等也基于该项技术研发对应的产品。

深耕MRAM近二十年，亘存科技能否成为中国的Everspin？

亘存科技成立于2019年4月，总部位于深圳，在上海和法国格勒诺布尔设有子公司和研发中心。当年8月公司获得陆石投资等的天使轮，本次是公司成立以来的第二次融资，同时公司也是目前国内唯一从事MRAM的芯片设计公司。

公开信息显示，2020年8月公司获得天使轮融资，2020年完成产业链闭环建设，打通了上下游各关键环节，并获得数家来自国内外客户的合作订单和营收。涉及技术涵盖STT MRAM和SOT MRAM等。2021年公司收获一款定制芯片的独家订单，而且客户在此基础上很快追加了第二款定制产品。

亘存科技核心成员自2004年以来便深耕MRAM领域，平均拥有超过20年集成电路领域工作经验，在国内外知名芯片企业具有丰富设计研发和管理经验，在MRAM领域具有扎实、丰富的know-how积累和创业经验。

产品方面，援引36氪消息，亘存科技正在开发已成功流片的一款芯片，首次集成超过200M的MRAM，改进了目前方案的集成度和整体功耗，同时降低了系统BOM成本，提升了可靠性。目前该款产品正在等待送样测试，公司还有两款定制芯片已经流片并计划明年量产，此外还有两个基于MRAM的近存、存内计算的在研项目。

目前MRAM主要的用途，第一是用来作为嵌入式存储器，比如将其嵌入或整合到MCU中。第二是高密度的MRAM可用来做系统RAM和SSD、存储卡。美国Everspin目前已经有商用化的MRAM产品推出，除了分立的MRAM器件，公司还推出嵌入式MRAM方案，满足不同客户的需求。

业务上Everspin除了对外提供产品，还有IP产品组合，通过提供MRAM和TMR传感器IP，获得授权费等收入。在营收规模上，MRAM目前还处于商业化初期阶段，Everspin的营收规模也较小，2020财年营收仅为0.42亿美元，约合2.74亿元，与A股一些中型设计公司的营收规模相当。

在芯片制造上，Everspin的Toggle MRAM产品由自己的8英寸小型晶圆厂制造，STT MRAM则委托格罗方徳的12英寸产线进行代工，封测则主要委托安靠、OSE等第三方封测厂。对比业务模式，亘存科技的Fabless模式决定了其制造将与代工厂合作。

目前有能力代工MRAM的还是台积电和三星，而就供应链安全性而言，亘存科技显然要面临一定的挑战。当然如果国内有MRAM代工能力，亘存科技可以将订单委托国内企业。不过结合MRAM的性能特点和技术趋势，高性能MRAM还是要靠先进制程的支撑，这对国内代工企业仍然是挑战。

目前国内MRAM市场规模较小，Everspin在国内也就是百万美元的规模，作为国内唯一MRAM设计企业，亘存科技的成长空间是很大。

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