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Mémoires à semi-conducteurs

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Évolution des mémoires à semi-conducteurs à accès aléatoire

Auteur(s) : Philippe DARCHE

Date de publication : 10 juin 2020

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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MOTS-CLÉS

technologie de l'information | mémoire à semi-conducteurs à accès aléatoire | mémoire vive | mémoire morte | mémoire émergente

KEYWORDS

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

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de déc. 2016 par Philippe DARCHE

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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).
...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

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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