Mohamad Sawan et collaborateurs

ELE3311 – Systèmes logiques programmables

Chapitre 10: mémoires à semi-conducteurs

§  Généralités §  Mémoires mortes (ROM)

Ø  Types, caractéristiques et structure interne de ROM

§  Mémoires vives (RAM) Ø  Types et structures de SRAM et DRAM

§  Mémoires de masse (magnétiques, optiques) §  Autres mémoires à semi-conducteur.

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Généralités

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Généralités

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Généralités (suite)

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Généralités (suite)

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Généralités (suite)

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Généralités (suite)

§  Tendance générale des circuits intégrés (projection)

An Overview of Manufacturing Yield and Reliability Modeling for Semiconductor Products IEEE Proceedings, Août 1999.

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Généralités (suite)

§  TSMC Logic Technology Roadmap

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Généralités (suite)

§  UMC Logic Technology Roadmap

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Généralités (suite)

§  AMI Semiconductors Process Roadmap

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Généralités (suite) DRAM and Flash Production Product Generations and Chip Size Model (Int’l Technology Roadmap on Semiconductor) Year of Production 2010 2011 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 Flash ½ Pitch (nm) (un-contacted Poly)(f) 32 28 25 20 15.9 12.6 10.0 8.0 6.3 DRAM ½ Pitch (nm) (contacted) 45 40 36 28 22.5 17.9 14.2 11.3 8.9 MPU Physical Gate Length (GLph) (nm) 27 24 22 18 15.3 12.8 10.7 8.9 7.4 DRAM Product Table Cell area [Ca = af2] (um2) 0.012 0.0064 0.0051 0.0032 0.0020 0.0013 0.00080 0.00051 0.00032 Cell array area at product (% of chip size) 56.08% 56.08% 56.08% 56.08% 56.08% 56.08% 56.08% 56.08% 56.08% Generation at production § 2G 4G 4G 8G 8G 16G 32G 32G 64G Functions per chip (Gbits) 2.15 4.29 4.29 8.59 8.59 17.18 34.36 34.36 68.72 Chip size at production (mm2)§ 47 49 39 49 31 39 49 31 39 Flash Product Table Flash ½ Pitch (nm) (un-contacted Poly)(f) 31.8 28.3 25.3 20.0 15.9 12.6 10.0 8.0 6.3 Cell area [Ca = af2] (um2) 0.0041 0.0032 0.0026 0.0016 0.0010 0.00064 0.00040 0.00025 0.00016 Cell array area at product (% of chip size) 68.35% 68.35% 68.35% 68.35% 68.35% 68.35% 68.35% 68.35% 68.35% Generation at production § SLC 11G 22G 16G 32G 64G 128G 256G 512G 1024g Generation at production § MLC [4 bits/cell] NA NA 64G 128G 256G 512G 1024g 2048G 4096G Functions per chip (Gbits) MLC [4 bits/cell] NA NA 68.72 137.44 274.88 549.76 1099.51 2199.02 4398.05 Chip size at production (mm2)§ SLC 67.86 107.73 64.13 80.80 101.80 128.26 161.59 203.59 256.51 Bits/cm2 at production § MLC [2 bits/cell] 3.38E+10 4.25E+10 5.36E+10 8.51E+10 1.35E+11 2.14E+11 3.40E+11 5.40E+11 8.57E+11 Bits/cm2 at production § MLC [4 bits/cell] NA NA 1.07E+11 1.70E+11 2.70E+11 4.29E+11 6.80E+11 1.08E+12 1.71E+12

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Généralités (suite)

§  Décomposition d'un circuit intégré en unités opérationnelles

Crossroads For Mixed-Signal Chips IEEE Spectrum – Mars 2002

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Généralités (suite)

Crossroads For Mixed-Signal Chips IEEE Spectrum – Mars 2002

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Généralités (suite)

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Généralités (suite)

§  Investissements pour repousser les barrières technologiques Ø  Les dépenses en R&D sur les RAM de génération 1GB

dépassait les 10 milliards de $

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Généralités (suite) §  Compagnies oeuvrant dans le domaine des mémoires

Ø  NEC Ø  Toshiba Ø  Mitsubishi Ø  Samsung Electronics Ø  Rambus Ø  Micron Technology, Inc. Ø  Infineon Technologies AG Ø  Hynix Semiconductor Ø  Winbond Electronics Corp. Ø  Elpida Ø  Ramtron Ø  Autres

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Mémoires mortes

§  Types Ø  ROM ou MROM

•  Diode •  Transistor

Diode ROMCell

Décodeur de rangée

Décodeur de colonne(Mux)

Bit Line

Word Line

R

Vcc

R

Vcc

R

Vcc

R

Vcc

0

1

2

3

A2

A1

A0

S1 S0

S0

OE

0 1 0 1

O0 O1

Word Line

Bit Line

Programmation des '0' et '1' au niveau métal

ROM Diodes Capacité ?

NMOS ROMCell

Word Line Bit Line

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Mémoires mortes (suite)

§  Types (suite) Ø  PROM

•  Fusible

•  Antifusible

Diode FusePROM Cell

WordLine

Bit Line

Bipolar FusePROM Cell

Word LineBit Line

NMOS AntifusePROM Cell

Bit LineWordLine

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Mémoires mortes (suite)

§  Types (suite) Ø  EPROM

•  Grille flottante / décharge de la grille par photo-courant (UV)

MOS EPROM Cell

Bit LineWord Line

Grille flottante

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Mémoires mortes (suite)

§  Types (suite) Ø  EEPROM

•  2 grilles commandées par signaux complémentaires

Ø  Flash •  EEPROM segmenté

MOS EEPROM Cell

Bit LineWord Line

+

-

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Mémoires mortes (suite)

§  Cartes mémoire FLASH

Unité

~ US

$7.5

milli

ards

Memory On the Move IEEE Spectrum – Mai 2001

CompactFlash

Secure Digital

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Mémoires vives

§  SRAM (RAM statique) – 6T Ø  Nécessite une alimentation Ø  Conserve l'information indéfiniment Ø  Accès rapide Ø  Faible densité

VDD VDDD D*Adr Adr

D D*AdrAdr

Équivalent

CMOS SRAM Cell

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Mémoires vives (suite)

§  DRAM (RAM dynamique) Ø  Nécessite une alimentation Ø  Les cellules mémoires doivent être rafraîchies

DRAM Cell

Adr

C

DAdr

C

D

+-

VCMP

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Mémoires vives (suite) §  DRAM (suite)

Ø  DRAM usuelles dans les PC •  Fast Page Mode RAM (FPM DRAM)

–  Attends qu'une donnée soit lue avant d'accéder l'adresse suivante. •  Extended Data-out Dynamic RAM (EDO DRAM)

–  N'attends pas que la première donnée soit traitée avant de passer à l'adresse suivante.

•  Synchronous Dynamic RAM (SDRAM) –  Tire avantage qu'un processeur réquisitionne des données consécutives.

Environ 5% plus rapide que la mémoire EDO pour une même fréquence. •  RAMBUS Dynamic RAM (RDRAM)

–  Changement d'architecture pour le RIMM (Rambus In-line Memory Module) qui permet aux modules mémoire de travailler en parallèle.

•  Video RAM (VRAM); Multiport Dynamic RAM (MPDRAM) –  Utilisée pour les cartes vidéo et accélérateurs 3D

•  Autres (FIFO, LIFO, Multi-ports de lecture et d'écriture)

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Mémoires vives (suite)

§  Calendrier de lancement (roadmap) des mémoires pour les ordinateurs de bureau.

Rambus" Friend or Foe? IEEE Spectrum - Mai 2001

DDR SDRAM = Double data rate synchronous dynamic random-access memory

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Mémoires vives (suite)

§  Banques de mémoire

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Mémoires vives (suite)

§  Banques de mémoire A6 = Ak+1

A14 = An-1

A0A1

A5 = Ak

décodeur9 à 512 512 x 64 512 x 64 512 x 64

MUX64 à 1

MUX64 à 1

MUX64 à 1

D0 D1 D7

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Mémoires vives (suite)

§  Banques de mémoire

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Mémoires vives (suite)

§  Banques de mémoire

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Mémoires vives (suite)

§  Banques de mémoire

Décodeur Réseau256 x 256

A0-A7RAS*CAS*WE*

Dout Din

Bistables des colonnes,multiplexeur & démultiplexeur

Adresse colonnes

Adresse rangés

Contrôle

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Mémoires de masse

§  Support magnétique Ø  Disque

•  Accès directe aux données

Ø  Ruban •  Faible coût •  Accès séquentiel

§  Support optique Ø  CD-ROM Ø  DVD-ROM

§  Autres Ø  Disque magnéto-optique

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Mémoires de masse (suite)

§  Disques durs de 1 Go

Memory On the Move IEEE Spectrum – Mai 2001

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Autres mémoires à semi-conducteur (suite)

§  Technologie en émergence Ø  Mémoires ferroélectriques (FRAM)

•  Mémoire RAM non-volatile combinant la rapidité et la basse tension des SRAM avec alimentation mais élimine le besoin de pile.

Avantages: •  Ne nécessite aucun rafraîchissement. •  Conserve ses données lorsque

l'alimentation est coupée. Inconvénients: •  Capacité max. actuelle: 256 kb

http://www.ramtron.com/