MRAM與傳統(tǒng)的隨機(jī)存儲(chǔ)器的區(qū)別在于MRAM的信息攜帶者是磁性隧道結(jié)(MTJ ),而后者則是電荷。每一個(gè)磁性隧道結(jié)包含一個(gè)固定層和一個(gè)自由層。固定層的磁化方向被固定了,而自由層的磁化方向可以由旋轉(zhuǎn)力矩改變。當(dāng)兩層的磁化方向一致時(shí),磁性隧道結(jié)的電阻最低,其狀態(tài)為“0”;反之,則磁性隧道結(jié)的電阻最高,其狀態(tài)為“1”
 
最常用的MRAM單元的結(jié)構(gòu)是由一個(gè)NMOS晶體管和一個(gè)MTJ(作為記憶元件)組成。MTJ與NMOS順序連接。NMOS晶體管由字線信號(hào)控制,讀取數(shù)據(jù)時(shí),NMOS開啟，位線和源線間加一小的電壓差,使電流流過(guò)MTJ ,其大小由MTJ的狀態(tài)決定。讀出放大器將該電流與參考電流比較，判斷MRAM單元里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是“O”還是“1”。寫入數(shù)據(jù)時(shí),若寫入“O”，則在位線和源線之間加一個(gè)較大的正電壓;若寫入“1”,則加負(fù)電壓。使MTJ翻轉(zhuǎn)的最小電流稱為閾值電流,與隧道勢(shì)壘層材料、寫入持續(xù)時(shí)間和MTJ的幾何結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。傳統(tǒng)高速緩存結(jié)構(gòu),由H-tree連接起來(lái),其行列數(shù)目和尺寸可以使用CACTI工具來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。
 
 
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