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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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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.
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MOTS-CLÉS
technologie de l'information mémoire à semi-conducteurs à accès aléatoire mémoire vive mémoire morte mémoire émergente
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- Version archivée 1 de déc. 2016 par Philippe DARCHE
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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 = 2b 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 choisies...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(2) - SIDDIQI (M.A.) - Dynamic RAM : Technology Advancements. - CRC Press. ISBN-13 978-1439893739 (2012).
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(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).
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(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).
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(5) - DARCHE (P.) - Architecture des ordinateurs – Interfaces et périphériques – Cours avec exercices corrigés. - Éditions Vuibert. ISBN 2-7117-4814-6 (2003).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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NORMES
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IEEE Draft Standard for Prefixes for Binary Multiples. The Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA. - IEEE STD P1541/D5 - 2002
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IEEE Standard for Prefixes for Binary Multiples. ISBN 0-7381-3386-8. - IEEE STD 1541-2002 -
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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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