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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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5. Évolution de l’interface
L’interface a longtemps été négligée par les concepteurs. On peut dire qu’elle est restée figée pendant les dix premières années après sa première commercialisation. Classiquement, la mémoire nécessite une adresse, un port d’E/S de l’information DQ et des signaux de contrôle, au minimum la spécification du type d’accès R/#W. Pour dialoguer avec le processeur, des bus dédiés ont été nécessaires. Ce sont les bus d’adresse, de données et de contrôle. Pour augmenter le débit, l’augmentation de la largeur des chemins de données et d’adresse a été proposée. Par ailleurs, l’interface de la mémoire vive statique a commencé à évoluer vers la fin des années 1970 avec l’utilisation d’un signal d’horloge externe. Celle de la mémoire vive dynamique a suivi dans les débuts des années 1990 avec le modèle SDRAM.
5.1 Augmentation des formats de donnée et d’adresse
À l’origine, le format de sortie n de donnée était d’un bit. Pour augmenter le débit, l’élargissement à un format supérieur est une solution. Elle est employée en interne du boîtier, au niveau de toute la hiérarchie ou au niveau du sous-ensemble mémoire de l’ordinateur sous la forme de barrettes appelées banc externe ou rangée (rank) à l’aide d’un entrelacement. Cette solution augmente le débit mais ne diminue pas le temps d’accès.
L’adressage de la DRAM est multiplexé dans le temps (adresse de ligne puis adresse de colonne), la justification étant historique afin de minimiser le nombre de broches du boîtier. Présenter une adresse complète apporte un gain de temps au niveau de son décodage, approche de la FCRAM (Fast Cycle RAM).
HAUT DE PAGE5.2 Approche synchrone
Quand on observe un accès asynchrone à la mémoire, par exemple en écriture (figure 29), on remarque que le bus d’adresse est occupé pendant tout le cycle (durée t WC).
Pour diminuer ce temps de blocage du bus par la mémoire et, par la suite, augmenter le débit, le choix d’un cadencement du fonctionnement par un signal...
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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).
-
(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).
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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).
-
(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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