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Article

1 - MODÉLISATION D’UNE MÉMOIRE À SEMI-CONDUCTEURS

2 - ÉVOLUTION DE LA CELLULE ET DE LA MATRICE DE MÉMORISATION

3 - ÉVOLUTION DE LA LOGIQUE DE CONTRÔLE

4 - ORGANISATION INTERNE ÉVOLUÉE

5 - ÉVOLUTION DE L’INTERFACE

6 - MÉMOIRE EMBARQUÉE

7 - VERS LA « MÉMOIRE IDÉALE »

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE

10 - ACRONYMES, NOTATIONS ET SYMBOLES

| Réf : E2491 v1

Mémoire embarquée
Évolution des mémoires à semi-conducteurs à accès aléatoire

Auteur(s) : Philippe DARCHE

Date de publication : 10 déc. 2016

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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, nous détaillons pour chacun d’eux leurs évolutions. Le portrait de ce que l’on pourrait appeler la « mémoire idéale » est ensuite esquissé à partir des recherches et des réponses industrielles actuelles. En particulier trois composants électroniques disponibles aujourd’hui qui sont les mémoires à changement de phase, ferroélectriques et magnétorésistives (respectivement la PCRAM, la FRAM et la MRAM) sont présentés.

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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, three electronic components now available, namely phase change, ferroelectric and magnetoresistive memories (PCRAMs, FRAMs and MRAMs), are presented.

Auteur(s)

  • Philippe DARCHE : Maître de conférences à l’institut universitaire de technologie (IUT) Paris Descartes - Chercheur au laboratoire LIP6 – université Pierre et Marie Curie (UPMC), France

INTRODUCTION

Depuis les premières mémoires intégrées vives statiques et dynamiques de la société Intel apparues respectivement en 1969 et 1971, ce composant n’a cessé d’évoluer en termes de capacité de stockage et de performance, principalement le temps de latence et le débit. La capacité de la mémoire dynamique est ainsi passée de 1 Kib (référence Intel 1103 - 1971) à 8 Gib (DDR3 SDRAM - 2012) et son temps de cycle a débuté à 580 ns pour arriver aux alentours de 40 ns (modèle 1600 9-9-9-24, 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, qui sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle périphérique et l’interface, sont d’abord présentés. Nous détaillons ensuite l’évolution de chacun d’eux. Par ailleurs les progrès de l’intégration font qu’il est aujourd’hui 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 pourrait être 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 FRAM et la MRAM.

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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-v1-e2491


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6. Mémoire embarquée

Les mémoires embarquées appartiennent à un domaine technologique qui concerne l’intégration de mémoires de tout type (SRAM, DRAM, EEPROM flash, etc.) sur la puce d’un circuit logique à haute performance, en général un microprocesseur à usage général ou spécialisé comme le processeur de traitement numérique du signal (DSP pour Digital Signal Processor), le processeur réseau (network processor) ou le processeur graphique. L’essor des FPGA (Field-Programmable Gate Array) et des SOC (System On Chip) ont poussé à cette intégration. Le choix d’embarquer une technologie de mémoire est dicté par l’application. La SRAM ne pose pas de problème d’intégration car sa technologie est celle de la logique. Il n’en va pas de même pour la DRAM et son condensateur de stockage de l’information. La difficulté réside alors dans le mélange des technologies de fabrication, ce qui pose des problèmes de rendement de fabrication. L’intérêt de l’approche réside dans une latence plus petite, une bande passante plus grande et une consommation électrique plus petite par rapport à un sous-ensemble externe. Il est aussi possible de récupérer des informations supplémentaires sur l’état du composant afin de pouvoir anticiper une fonction comme le rafraîchissement. Par ailleurs, la surface occupée en comparaison avec un système à composants discrets est plus petite et le système offre une meilleure fiabilité. Le coût pour de grandes quantités est aussi diminué.

Ces mémoires ont émergé commercialement à partir de 2000. Pour l’application de type cache, la SRAM est indétrônable. Dans sa version DRAM, on parle de « eDRAM » pour embedded DRAM. La tendance lourde est d’intégrer dans le microprocesseur d’autres composants importants d’une carte mère. Cela a commencé avec l’intégration de la mémoire cache (SSRAM), puis du jeu de circuits (chipset) nord qui comprend déjà le contrôleur de mémoire et le contrôleur de bus d’extension, voire un contrôleur d’affichage. Dans un futur proche, cela devrait être le tour de la mémoire principale (DRAM synchrone).

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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 Series in Advanced Microelectronics. ISBN 978-3-642-19567-9 (2011).

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

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

  • ...

1 Normes et standards

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

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

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. IEC 60027-2 – Édition 2.0 – Bilingual. November 2000.

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