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1 - MODÉLISATION D’UNE MÉMOIRE À SEMI-CONDUCTEURS

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3 - ÉVOLUTION DE LA LOGIQUE DE CONTRÔLE

4 - ORGANISATION INTERNE ÉVOLUÉE

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7 - VERS LA MÉMOIRE IDÉALE

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE

10 - ACRONYMES ET NOTATIONS

Article de référence | Réf : E2491 v2

Conclusion
Évolution des mémoires à semi-conducteurs à accès aléatoire

Auteur(s) : Philippe DARCHE

Relu et validé le 05 janv. 2021

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RÉSUMÉ

Cet article a pour but de retracer les évolutions techniques qui ont abouti aux mémoires actuelles. Après une brève présentation des différents sous-ensembles de ce composant que sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle et l’interface d’entrée-sortie, leurs évolutions spécifiques sont détaillées. Le portrait de ce qui pourrait être appelée « mémoire idéale » est ensuite esquissé à partir des recherches et des réponses industrielles actuelles. En particulier, sont développés quatre composants électroniques émergents : les mémoires à changement de phase, les mémoires résistives, les mémoires ferroélectriques et les mémoires magnétorésistives (respectivement la PCRAM, la ReRAM, la FRAM et la MRAM).

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ABSTRACT

Evolution of semiconductor random access memories

This article traces the technical developments that have led to current data memory stores. After a brief presentation of the different subsets of this component, including the storage array, the control logic and the input-output interface, we detail how each of them has developed. The picture of what might be called the "perfect memory" is then sketched from current research and industry trends. In particular, four emerging electronic components now available, namely phase change, resistive, ferroelectric and magnetoresistive memories (PCRAMs, ReRAM, FRAMs, and MRAMs), are presented.

Auteur(s)

  • Philippe DARCHE : Maître de conférences à l’Institut Universitaire de Technologie (IUT) de Paris - (Université de Paris), - Chercheur au LIP6 dans l’équipe Inria DeLyS de Sorbonne Université, Paris, France

INTRODUCTION

Depuis les premières mémoires intégrées vives statiques et dynamiques de la société Intel apparues respectivement en 1969 et 1971, ces composants n’ont cessé d’évoluer en termes de capacité de stockage et de performance, principalement en temps de latence et le débit. La capacité de la mémoire dynamique est ainsi passée de 1 Kib (référence Intel 1103 – 1971) à 32 Gib (DDR4 SDRAM – 2019) et son temps de cycle a débuté à 580 ns pour arriver aux alentours de 32,5 ns (modèle DDR4-3200-20-20-32 ligne activée) pour une lecture aléatoire (mêmes références que précédemment).

L’objet de cet article est de retracer les évolutions techniques de la mémoire à semi-conducteurs. Les différents sous-ensembles de ce composant, que sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle périphérique et l’interface, sont d’abord présentés, puis leurs évolutions détaillées. Par ailleurs, les progrès de l’intégration font que, depuis le milieu des années 1990, il est possible d’intégrer un système informatique sur une seule puce. La mémoire qui y est intégrée se nomme mémoire embarquée, nous précisons ses avantages. Pour terminer, nous esquissons ce que serait la « mémoire idéale » à partir des recherches actuelles. Son portrait pourrait être une capacité de stockage identique à celle des mémoires « classiques », une absence de volatilité de l’information, un débit compatible avec les architectures de processeurs actuelles et une meilleure efficacité énergétique. Nous présentons en particulier trois réponses industrielles actuelles que sont les mémoires à changement de phase, ferroélectriques et magnétorésistives dont les représentants respectifs sont la PCRAM, la ReRAM, la FRAM et la MRAM.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire, un tableau des acronymes et des notations utilisés.

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KEYWORDS

information technology   |   solid-state random access memory   |   RAM   |   ROM   |   emerging memory

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e2491


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8. Conclusion

La mémoire vive est majoritairement à fonctionnement synchrone pour des raisons de performances. Le coût de la version dynamique à communication par paquets plus performante en débit la cantonne dans des applications de type graphique ou serveur à haute performance. Pour des applications à très faible consommation électrique comme les systèmes à sauvegarde par source d’énergie autonome, la solution statique asynchrone peut être retenue. Des versions basse consommation de la mémoire dynamique apparaissent comme la LPDDR (Low-Power DDR) SDRAM pour répondre au besoin en débit des systèmes nomades de plus en plus puissants. Elles remplacent le modèle pseudo-statique (PSRAM pour Pseudo SRAM) à cœur dynamique mais à interface statique asynchrone. La capacité d’une SDRAM DDR4 culmine à 32 Gio avec des puces assemblées verticalement, la technologie permettant d’en empiler jusqu’à 12 par boîtier chez Samsung (en 2019).

La mémoire morte programmable (i.e. flash principalement) cherche à diminuer son temps d’écriture et améliorer son temps d’accès pour apparaître comme une mémoire vive. Le stockage multi-niveaux est une des réponses actuelles à la demande de capacité, en particulier pour le modèle flash. Pour répondre au besoin du stockage de masse SSD, une mémoire flash à architecture NAND possède une capacité de 256 Gio avec des puces montées verticalement, par exemple par 48 par boîtier chez Samsung avec 3 bits stockés par cellule (technologie MLC).

Pour répondre à des besoins contradictoires comme une absence de volatilité de l’information, une latence faible, un débit élevé, une consommation la plus faible possible, une plus grande densité de stockage malgré les limites physiques des matériaux, l’Industrie propose les mémoires émergentes, PCRAM, ReRAM, FRAM et MRAM. La recherche travaille sur des dispositifs comme la mémoire mono-électron.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DARCHE (P.) -   Architecture des ordinateurs – Mémoires à semi-conducteurs : Principe de fonctionnement et organisation interne des mémoires vives.  -  Volume 1. Éditions Vuibert. ISBN 978-2-311-00476-2 (2012).

  • (2) - SIDDIQI (M.A.) -   Dynamic RAM : Technology Advancements.  -  CRC Press. ISBN-13 978-1439893739 (2012).

  • (3) -   Low power and reliable SRAM memory cell and array design.  -  Koichiro Ishibashi and Kenichi Osada Editors. Springer Séries in Advanced Microelectronics. ISBN 978-3-642-19567-9 (2011).

  • (4) - MASUOKA (F.) et al -   A new flash E2PROM cell using triple polysilicon technology.  -  International Electron Devices Meeting (IEDM) Digest, vol. 30, p. 464-467 (1984).

  • (5) - DARCHE (P.) -   Architecture des ordinateurs – Interfaces et périphériques – Cours avec exercices corrigés.  -  Éditions Vuibert. ISBN 2-7117-4814-6 (2003).

  • ...

NORMES

  • IEEE Draft Standard for Prefixes for Binary Multiples. The Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA. - IEEE STD P1541/D5 - 2002

  • IEEE Standard for Prefixes for Binary Multiples. ISBN 0-7381-3386-8. - IEEE STD 1541-2002 -

  • IEC Letter symbols to be used in electrical technology – Part 2 : Telecommunications and electronics – Symboles littéraux à utiliser en électrotechnique – Partie 2 : Télécommunications et électronique. International Electrotechnical Commission – Édition 2.0 – Bilingual. Août 2005. - NF EN IEC 60027-2 - 2019

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