磁気抵抗メモリ (ジキテイコウメモリ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

磁気抵抗メモリ (ジキテイコウメモリ) の読み方

日本語表記

磁気抵抗メモリ (ジキテイコウメモリ)

英語表記

Magnetoresistive Random-Access Memory (マグネトレジスティブ・ランダム・アクセス・メモリ)

磁気抵抗メモリ (ジキテイコウメモリ) の意味や用語解説

磁気抵抗メモリ（MRAM：Magnetoresistive Random Access Memory）は、データの記憶に電荷ではなく磁気を用いる次世代の不揮発性メモリである。一般的なメモリであるDRAM（Dynamic Random Access Memory）やSRAM（Static Random Access Memory）が電源供給が途絶えるとデータを失う揮発性であるのに対し、MRAMは電源が切れてもデータを保持する不揮発性という特徴を持つ。この不揮発性に加え、DRAMに匹敵する高速な読み書き速度、SRAMに匹敵する高い耐久性、そして低消費電力という複数の優れた特性を兼ね備えているため、従来のメモリが抱える課題を解決し、様々な分野での応用が期待されている。特に、システムにおいてDRAMとNANDフラッシュメモリの中間に位置する「ユニバーサルメモリ」として注目されており、コンピューターシステムの性能向上や新たなデバイスの実現に貢献すると考えられている。 MRAMの動作原理は、磁気トンネル接合（MTJ）と呼ばれる特殊な素子に基づいている。MTJは、非常に薄い絶縁体の層を、向きが固定された「固定磁性層」と、外部からの磁界や電流によって磁化の向きが変化する「自由磁性層」という2つの強磁性体層で挟んだ構造を持つ。この自由磁性層の磁化の向きと固定磁性層の磁化の向きが平行な場合と反平行な場合とで、MTJを流れる電流に対する電気抵抗が大きく変化する「トンネル磁気抵抗（TMR）効果」を利用してデータを記憶する。例えば、電気抵抗が低い状態をデジタルデータの「0」、電気抵抗が高い状態を「1」といった具合にデジタル情報を表現する。 データの読み出しは、MTJに微小な電流を流し、その際に生じる電圧降下から抵抗値を測定することで行われる。自由磁性層の磁化の向きは読み出し中に変化しないため、データは非破壊で読み出される。これは、DRAMのように読み出し後にデータを再書き込みする必要がないことを意味し、電力消費の削減と高速化に寄与する。 データの書き込みは、初期のMRAMでは外部からの磁界を印加することで自由磁性層の磁化の向きを反転させていたが、この方式は高集積化が困難であった。現在主流となっているのは、「スピン注入型磁気抵抗メモリ（STT-MRAM：Spin-Transfer Torque MRAM）」と呼ばれる方式である。STT-MRAMでは、MTJを貫通する電流の「スピン偏極」を利用して、自由磁性層の磁化の向きを反転させる。具体的には、電子が持つスピンの向きを揃えた電流（スピン偏極電流）を流すことで、自由磁性層の磁化にトルク（回転力）を与え、その向きを効率的に反転させることができる。このSTT（スピン注入転送）方式は、書き込み電流を小さく抑えつつ、微細な素子での書き込みを可能にするため、MRAMの高集積化と低消費電力化に大きく貢献している。 MRAMの最大のメリットは、その不揮発性である。電源を切ってもデータが保持されるため、従来のDRAMのように電源供給が途絶えるとデータが失われる心配がない。これにより、システム起動時の高速化や、突然の電源喪失時でもデータが安全に保護されるメリットが生まれる。また、SRAMやDRAMと比較して、原理的に書き換え回数の寿命が非常に長く、NANDフラッシュメモリのような書き換え回数制限に悩まされることがないため、高頻度なデータ更新が必要な用途にも適している。さらに、書き込み時の消費電力が従来の不揮発性メモリに比べて格段に低く、バッテリー駆動のモバイルデバイスやIoTデバイスでの利用に適している。 一方で、MRAMにはまだいくつかの課題がある。現在のところ、DRAMやNANDフラッシュメモリと比較すると製造コストが高く、大容量化や微細化の面で後れを取っている。MTJ素子の特性を安定させ、均一な性能を持つチップを大量生産する技術の確立が重要である。しかし、これらの課題は技術開発の進展により徐々に克服されつつある。 MRAMの応用分野は多岐にわたる。CPUのキャッシュメモリとしてSRAMの代替に採用されることで、システム全体の性能向上に寄与する。これは、SRAMに比べてデータ保持のための電力消費がゼロであるという不揮発性のメリットが、省電力化に大きく貢献するためである。また、マイコンの内蔵メモリとして使用され、ファームウェアや設定情報の高速かつ安全な保存を可能にする。IoTデバイスにおいては、低消費電力で不揮発性という特性が活かされ、常にデータを保持しながら必要な時に高速にアクセスする用途に最適である。さらに、AIチップや自動運転システムの分野でも、リアルタイム処理に必要な高速なデータアクセスと不揮発性を両立するメモリとして、その採用が期待されている。将来的には、DRAMの役割の一部を担い、より高速で電力効率の良いコンピューティング環境の実現に貢献すると見込まれている。MRAMは、現代および将来のコンピューティングにおいて、そのユニークな特性により重要な役割を果たすと期待されている次世代の主要メモリ技術の一つである。