各家高性能MCU的内置Flash逐渐走向MRAM之路，关于嵌入式 MRAM 的性能和能效

eric2013

从之前的Apollo4, nxp的s32k5，到昨天瑞萨的RA8M2 和 RA8D2 ，都逐渐的开启MCU内置MRAM，嵌入式 MRAM 作为非易失性存储器，可提供 高耐用性 和 数据保留、无需擦除的更快写入以及更低的漏电流和制造成本

针对这个问题，瑞萨专门发了一篇高性能低功耗多核MCU的驱动创新，给大家分享下

【前言】

在过去十年中，从医疗设备、智能家居到工业自动化等市场，互联物联网 （IoT） 设备的数量 呈指数级 增长。这些智能、互联的终端可实现复杂且计算密集型的应用;运行实时控制环路;分析海量数据;集成复杂的图形和用户界面，并运行高级协议实现云通信。 机器学习在边缘实现了语音和视觉 AI 功能，使 设备 能够 在没有云介入的情况下 做出智能决策并触发动作。 这减少了延迟和功耗，节省了带宽，并增加了隐私性。 高级安全性也已成为这些 系统不可或缺的一部分， 因为 用户 需要 片上先进的加密加速器、强大的系统隔离以及静态和动态数据的安全性。还需要更低的功耗和快速唤醒时间，以延长电池寿命并降低整体系统功耗。

这些新兴要求推动了嵌入式系统对更高处理能力的需求。 此外，还需要可靠、低功耗的代码和数据非易失性存储来实现这些复杂的应用。 传统系统使用功能强大的 MPU 或多个 MCU 来执行这些功能。 最近，我们看到高性能多核MCU的出现，其性能接近MPU（有些带有硬件AI加速器），可以用单个芯片处理所有这些功能。 这些高性能 MCU 为 MPU 提供了强大的替代方案，适用于对功耗和成本敏感的应用场景。 与 MPU 相比，MCU 具有多项优势，使其特别适合这些对功耗敏感的物联网应用——更好的实时性能、电源管理和非易失性存储器的集成、单电压轨供电、更低的功耗、通常更低的成本和易用性。

对更高性能和功能的需求，同时保持较低的功耗和成本，推动了使用 28 纳米或 22 纳米等更精细工艺技术 节点的趋势 。 这一运动推动了嵌入式存储器技术的创新，因为嵌入式闪存的扩展能力不会远低于 40 纳米。 磁阻随机存取存储器 （MRAM） 等替代存储器技术正在被用来取代非易失性存储的嵌入式闪存。 台积电等许多芯片制造商现在提供可集成到 MCU 中的嵌入式 MRAM。

【嵌入式 MRAM 的性能和能效】
向更小制程节点的演进为新型存储器替代品打开了大门，例如MRAM，它正在以嵌入式MRAM（eMRAM）的形式进入嵌入式领域，现在包含在RA8M2RA8D2 MCU中。

随着 MCU 制造商通过更先进的制程工艺提升性能和功能，eMRAM 越来越多地取代嵌入式闪存，成为首选的非易失性存储器。 使 MRAM 成为 MCU 上可行选择的一个关键因素是它具备抗回流焊保留数据能力，这允许在焊接到电路板上之前对器件进行预编程。 另一个优点是，由于字节可寻址性，MRAM不仅可以用来替代嵌入式闪存（用于代码），还可以用来替换SRAM（用于数据存储）（除非在跨电源循环时保留数据存在安全问题）。 嵌入式 MRAM 现在得到主要硅代工厂的支持，这使得 MCU 制造商能够以最小的成本开销将 MRAM 整合到新的芯片设计中。

需要特别小心，以防止 MRAM 被设备附近存在的外部磁场损坏。 MCU 制造商通常指定空闲、断电和工作模式下的磁抗扰度。 为了避免MRAM位损坏，设计人员需要在外部磁场源和基于MRAM的器件之间提供足够的间距，以免超过该抗磁度规格。 用专用材料屏蔽 MRAM 是保护 MRAM 免受强磁场影响的另一种选择。

【MRAM 技术的主要优势】
- 真正的随机存取非易失性存储器，与闪存相比具有更高的耐用性和保留率
- 与闪存相比，写入速度更快，无需擦除
- 字节可寻址，比闪存更易于访问，类似于SRAM，提高了性能和功耗
- 待机时无漏电流，功耗比 SRAM 显著降低
- 非破坏性读取，无需刷新，因此它是 DRAM 的替代方案
- 磁层不易受到辐射的影响，类似于闪存
- 与闪存相比，MRAM生产所需的掩模层数更少，从而降低了成本
- 可很好地扩展到较低的工艺技术节点，因此为嵌入式闪存提供了可行的替代方案

【MRAM 应用】
低功耗和非易失性特性使其成为各种物联网应用的理想选择，作为统一存储器，取代嵌入式闪存、SRAM 或电池供电的 SRAM。 它还可用于替代需要高密度、低功耗和非易失性数据存储的数据记录应用的 DRAM。 对辐射的抗扰度使其成为临床环境和太空应用中医疗应用 的理想选择 。 MRAM还可用于工业控制和机器人、数据中心和智能电网应用，用于实时数据存储、快速数据检索和更换备用电池SRAM。

不要忘记使用机器学习的 边缘人工智能 市场 ——在这里，MRAM 可用于存储人工智能神经网络模型和权重，这些模型和权重在电源循环中保留，不需要每次都重新加载执行。 MRAM 具有快速读/写、低功耗和高耐用性，特别适合这些需要高处理性能的应用。

xinhaic

读写速度能达到多高呢？MCU好多好像都是24M的样子，高了就要设置等待周期

渡渡M

硬汉，最近遇到一个小问题，请教一下：
使用国产mcu（库兼容ST的），然后用stm32cube IDE 和 STlink 下载程序失败，是不是现在ST能识别mcu厂家，然后做了什么限制？

zhang0352505

MRAM还没用过，用过FRAM，比EEPROM好用，循环次数多，用来存储比较重要的数据，就是速度慢了点。要是以后Flash都能改成MRAM，也不错

eric2013

xinhaic 发表于 2025-10-23 13:47
读写速度能达到多高呢？MCU好多好像都是24M的样子，高了就要设置等待周期

这块还没看他的手册，后面我看下。

eric2013

渡渡M 发表于 2025-10-23 15:29
硬汉，最近遇到一个小问题，请教一下：
使用国产mcu（库兼容ST的），然后用stm32cube IDE 和 STlink 下载 ...

我用MDK弄过一次。

STM32CubeMX为国产芯片生成工程后，型号直接切换到对应厂家，就可以方便调试了
https://forum.anfulai.cn/forum.p ... 1011&fromuid=58
(出处: 硬汉嵌入式论坛)

DX3906

MRAM的成本应该比nor flash更低吧，一些高端mcu为了降低成本把flash外置了，有点影响性能

eric2013

DX3906 发表于 2025-10-23 18:00
MRAM的成本应该比nor flash更低吧，一些高端mcu为了降低成本把flash外置了，有点影响性能

MRAM成本比NOR Flash高很多。

比如这家SPI MRAM，512KB，一片价格高达17美元