זיכרון דינמי בגישה אקראית: טכנולוגיה ומעבר

פרסומת
X-ray_Promo1


– פרסומת –

פרסומת

DDR5, ה-DRAM מהדור החמישי, דורש עדינות דיגיטלית-אנלוגית ב-MC ו-DDR PHY שלו. תזמונים ייחודיים, יחד עם טכנולוגיה מתפתחת כמו 3D XPoint, MRAM ו-ReRAM, מסמנים שינוי פרדיגמה

זיכרון משמש בדרך כלל לאחסון הנתונים או קוד התוכנית הדרושים למעבד מחשב כדי לתפקד. כדי לבצע משימה זו, משתמשים בזיכרון גישה אקראית דינמית (DRAM). DRAM הוא סוג נפוץ של זיכרון גישה אקראית (RAM) המשמש במחשבים אישיים (PC), תחנות עבודה ושרתים. גישה אקראית מאפשרת למעבד המחשב לגשת ישירות לכל חלק בזיכרון במקום להמשיך ברצף ממקום התחלה.

איור 1: ליטוגרפיה EUV לייצור פרוסות (קרדיט: nist.gov)

איך DRAM עובד?

זיכרון מורכב מפיסות נתונים או קוד תוכנית המסודרים ברשת דו מימדית. DRAM מאחסן סיביות נתונים במה שנקרא תא אחסון או זיכרון, המורכב מקבל וטרנזיסטור. תאי האחסון מאורגנים בדרך כלל בתצורה מלבנית. כאשר מטען נשלח דרך עמודה, הטרנזיסטור בעמודה מופעל. תא אחסון DRAM הוא דינמי, כלומר צריך לרענן אותו או לתת לו מטען אלקטרוני חדש כל כמה אלפיות שניות כדי לפצות על דליפות טעינה מהקבל.

– פרסומת –

תאי הזיכרון עובדים עם מעגלים אחרים המזהים שורות ועמודות, עוקבים אחר תהליך הרענון, מורים לתא אם לקבל טעינה או לא, וקוראים או משחזרים נתונים מתא.

DRAM הוא אפשרות אחת של זיכרון מוליכים למחצה שמעצב מערכת יכול להשתמש בה בעת בניית מחשב. גדלים אופייניים של DRAM הם בערך 1 עד 2GB בסמארטפונים ובטאבלטים ו-4 עד 16GB במחשבים ניידים.

היתרונות של DRAM

  • צפוף מאוד
  • עלות נמוכה לביט
  • מבנה תאי זיכרון פשוט

חסרונות של DRAM

  • תהליך ייצור מורכב
  • הנתונים דורשים רענון
  • נדרש מעגלים חיצוניים מורכבים יותר (קריאה ורענון מעת לעת)
  • זיכרון הפכפך
  • מהירות פעולה איטית יחסית

תהליכי ייצור המעורבים ב-DRAM

תהליכי ייצור DRAM מכונים 1x-nm, 1y-nm, 1z-nm, 1alpha-nm ו-1-beta. שכבה דיאלקטרית מסוימת מסופקת כדי להשיג את הקיבול עבור כל תא סיביות. DRAMs 1beta הם בעלי הספק נמוך ובעלי קצב נתונים כפול 5X (LPDDR5X), המסוגלים לספק נתונים בקצב של 8.5Gbps. ליתוגרפיה מרובת דפוסים, בשילוב עם טכנולוגיית תהליכים מובילה ויכולות חומר מתקדמות, נדרשת לייצור של רכיבי DRAM של צומת 1 בטא. ההקדמה של טכניקות הליבה של הרחבות מתח דינמיות ותדרים משופרות (eDVFSC) משמשת לשיפור בקרות חיסכון בחשמל של רכיבי DRAM.

DRAMs של צומת גמא 1 מגיעים

DRAM מתקדם זה צפוי לפתוח צמיחה אקספוננציאלית והזדמנויות לגידול בכלכלה הדיגיטלית. זהו צעד חשוב לאבטחת שרשרת האספקה ​​של מוליכים למחצה. נכון לעכשיו, Micron היא חלוצה בייצור DRAM. לאחרונה, היא התקינה ציוד לייצור ליתוגרפיה אולטרה סגול קיצונית (EUV) ביחידת ייצור פרוסות A3 שלה בטייוואן.

במאי 2023, הודיעה מיקרון כי היא תציג את טכנולוגיית הדפוס המתוחכמת הזו (EUV) לייצור הדור הבא שלה DRAM, צומת 1-גמא. טכנולוגיה זו צפויה לספק את גודל התא הקטן ביותר עבור DRAM. החיסרון של ליטוגרפיית EUV הוא שהיא זקוקה לריבוי דפוסים, מה שמאפשר ליתוגרפיה של 193nm להפחית במידה ניכרת את גודל ה-DRAM. מיקרון משלבת חומרים, כלים וטכניקות חדשות כדי לשפר את היישור הרב-דפוסי שלה.

טבלה 1 SRAM לעומת DRAM
פָּרָמֶטֶר SRAM לְגִימָה
מהירות קריאה/כתיבה מהיר יותר איטי יותר מ-SRAM
צריכת חשמל יותר פָּחוֹת
מבנה פנימי מורכב פשוט יותר מ-SRAM
צְפִיפוּת פחות צפוף צפוף מאוד
בשימוש ב זיכרון מטמון זיכרון ראשי
אחסון לביט יכול לאחסן יותר ביטים לכל שבב לא ניתן לאחסן ביטים רבים לכל שבב
רכיב אחסון טרָנזִיסטוֹר קַבָּל
מחיר יָקָר חסכוני מאשר SRAM
(קרדיט: networkinterview.com)

אתגרים איתם מתמודדת תעשיית ה-DRAM

One-die Error Correction Code (ECC) הוא תכונה מיוחדת בתעשיית ה-DRAM המתקנת שגיאות סיביות בשבבי DRAM, ומגבירה את האמינות ושיעורי הפגמים. ECC דורש אחסון זיכרון נוסף שבו קודי ECC מאוחסנים בזמן כתיבת הזיכרון ל-DRAM. קודי Hamming משמשים בתכניות ECC כאלה כדי לספק זיהוי שגיאות של סיביות בודדות וסיביות כפולות לכל פרץ. DRAMs העדכניים ביותר כמו LPDDR5 ו-DDR5 תומכים ב-ECC בתבנית אחת.

פטיש שורה

אותן שורות או סמוכות מופעלות שוב ושוב, וכתוצאה מכך אובדן או שינוי של תוכן הנתונים בשורות שאינן מטופלות. הגרסאות האחרונות של DRAM LPDDR5/DDR5 תומכות בניהול רענון (כולל DRFM ו-ARFM) כדי לפצות על אתגר זה

טמפרטורת המכשיר

משתמשים צריכים לבדוק עם ספק ה-DRAM את טווח הטמפרטורות שבו ה-DRAM אמור לפעול. שלמות הנתונים אובדת ברמה הגבוהה מטמפרטורה מסוימת.

אובדן כוח

DRAM עלול לאבד את תוכנו עקב אובדן חשמל. לכן, נדרש זיכרון לא נדיף לגיבוי שבו יש להעתיק את תוכן ה-DRAM לפני הפסקת החשמל. כאשר הכוח מוחזר, התוכן המאוחסן בזיכרון לא נדיף נכתב בחזרה ל-DRAM.

מפרטים של DDR5 ו-Lpddr5 כפי שנקבעו על ידי המועצה להנדסת מכשירי האלקטרונים המשותפת (JEDEC), שהיא גוף תקנים בתעשייה ושולטת במפרטים של רכיבי DRAM, מפורטים בטבלה 2.

טבלה 2 מפרט של DDR5 ו-Lpddr5
גורם DDR5 Lpddr5
צפיפות מתים מקסימלית 64Gbit 32Gbit
מקסימום קצב נתונים 6.4Gbps 6.4Gbps
מקסימום גודל UDIMM (DSDR) 128GB לא
ערוצים 2 1
רוחב ערוץ 64 סיביות (2×32) 16 ביטים
מאגרי זיכרון 4 16
קבוצות בנקים 08/04/23 4
אורך פרץ BL 16×2 BL 16
אחזור מראש 16n 16n
מתח (Vdd) 1.1V 1.05V
Vddq 1V 0.5V
(קרדיט: hardwaretimes.com)

DDR5 MC ו-PHY

DDR5 מתואר כ-DRAM סינכרוני של הדור החמישי Double Data Rate Synchronous המיועד למחשוב הדור הבא. בקר זיכרון DDR5 (MC) ו-DDR PHY הם שני רכיבים עיקריים לביצועי DRAM יעילים. DDR5 MC זקוק למומחי עיצוב דיגיטלי בעוד ש-DDR5 PHY זקוק למומחיות דיגיטלית ואנלוגית כאחד. עבור כל יישום, ל-DDR5 יש מספר רב של פרמטרי תזמון ואוגרי תצורה. כל ספק צריך להיות בעל פרמטר תזמון ייחודי משלו וערכי אוגר תצורה. ממשק DDR5 PHY (DFI) הוא פרוטוקול ממשק המגדיר תזמון, אותות ופרמטרים הניתנים לתכנות הנדרשים להעברת נתונים אל ומ-DRAM ל-MC. במצבים רבים, MC ו-PHY מתוכננים בנפרד ולעיתים קרובות על ידי חברות שונות.

DRAMs מהדור הבא

רכיבי DRAM נוכחיים מגבירים את זמן ההשהיה וצריכת החשמל, המכונה 'קיר הזיכרון'. מכשירי DRAM מהדור הבא הגיעו עם תכונות חדשות כדי להתגבר על האתגרים הללו. הוצג על ידי אינטל בשנת 2015, 3D XPoint מתואר כדור הבא של DRAM. 3D XPoint מבוסס על טכנולוגיה הנקראת Phase-Change Memory (PCM) ומשמשת בכונני SSD ו-DIMM. PCM אוגר מידע בשלב האמורפי והגבישי.

בינתיים, התעשייה מפתחת גם סוגי זיכרון חדשים אחרים, כמו Magnetoresistive RAM (MRAM) ו-Resistive RAM (ReRAM). כמו 3D XPoint, MRAM ו-ReRAM יכולים להיעשות ולמכור כמכשירים עצמאיים.

3D XPoint אינו נמכר כזיכרון מוטבע. לעומת זאת, MRAM ו-ReRAM יכולים לשרת גם בשווקי הזיכרון המשובץ. עבור MRAM, התעשייה מפתחת טכנולוגיה של הדור הבא בשם Spin-Transfer Torque MRAM (STT-MRAM). STT-MRAM משתמש במגנטיות של ספין אלקטרונים כדי לספק תכונות לא נדיפות בשבבים, תוך שילוב של מהירות ה-SRAM וחוסר הנדיפות של הבזק עם סיבולת בלתי מוגבלת.

בזיכרון מסורתי, נתונים מאוחסנים כמטען חשמלי. לעומת זאת, MRAM משתמש בתא זיכרון של צומת מנהרה מגנטית (MTJ) עבור רכיב האחסון. זיכרון RAM (FRAM) הוא טכנולוגיה נוספת שכדאי לצפות בה. באמצעות קבל פרו-אלקטרי לאחסון נתונים, FRAM הוא זיכרון לא נדיף עם קיבולת אחסון גדולה. ל-Nantero, חברה פרטית, יש יותר מ-170 פטנטים של ננו-צינורות להחלפת רכיבי DRAM. אפשר להחזיק מאות ואלפי ננו-צינורות כאלה בכל תא זיכרון כדי ליצור רשת של אלמנטים התנגדות ליצירת זיכרון גישה אקראי לא נדיף (NVRAM). ללא ספק, רכיבי DRAM מהדור הבא מספקים שפע של הזדמנויות ליצרני OEM.

דרישות הזיכרון העבר, ההווה והעתיד שלנו בעולם האלקטרוני הן הרבה יותר ממה שאנו מצפים. בעולם האינטרנט, מידע יכול להישמר חי על ידי הזיכרון. DRAM נותן מבט נוסף על זיכרון אלקטרוני, ומספק הבנה נוספת של 'מנגנון אחסון הנתונים'.


המחבר, ויניאק רמצ'נדרה אדקולי, הוא BE בייצור תעשייתי ושימש כמרצה בשלושה פוליטכניקים שונים במשך עשר שנים. הוא גם סופר עצמאי וקריקטוריסט



קישור לכתבת המקור – 2024-03-25 12:58:11

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר