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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

Organisation interne évoluée
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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4. Organisation interne évoluée

Sous ce titre, se cachent les modifications de la structure de base avec la multiplication des plans de mémorisation élémentaires, l’ajout d’un niveau de mémorisation ou l’adaptation du composant à une application.

4.1 Approche multibanc

Pour augmenter le débit, une approche est de découper la mémoire en plusieurs bancs (figure 18), chacun d’eux se composant d’une matrice de mémorisation et de la logique de contrôle. Ils peuvent être vus comme de petites mémoires indépendantes. L’accès à un banc est identique à un accès classique. L’adresse est un triplet (banc, ligne, colonne). Plusieurs bancs peuvent être ouverts en même temps et il est ainsi possible de réaliser des opérations de lecture et d’écriture distinctes dans différents bancs. Leurs accès s’effectuent en parallèle. L’accès à la donnée s’effectue ensuite en sélectionnant le banc concerné. Cette approche améliore la latence mais aussi le débit. S’il y a B = 2 b bancs, le facteur d’accélération est égal à B après la latence classique du premier accès. Il s’agit d’un schéma d’entrelacement interne avec degré d’entrelacement élevé. Par ailleurs, pour toute la puce, un seul banc peut être ouvert, diminuant la consommation électrique totale pour une plus grande autonomie énergétique des systèmes nomades.

Un exemple de banc externe est la QBM (Quad-Band Memory) de la société Kentron Technologies, Inc. annoncée comme une évolution de la mémoire DDR (Double Data Rate). L’idée est d’accéder en parallèle à deux bancs DDR et de sélectionner l’un des deux à l’aide d’un commutateur. Les mémoires DDR sont utilisées comme des bancs externes. L’ensemble est assemblé sur une barrette DIMM (Dual-In-line Memory Module) classique, l’interface externe étant ainsi préservée. Un avantage est l’isolement des mémoires du bus mémoire, limitant ainsi la capacité des lignes de bus mémoire. Pour offrir quatre mots en une seule période en utilisant des modèles de type DDR, l’horloge de base du deuxième banc est décalée de T/4 comme le montre la figure 19. Les données sont...

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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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