V Μλήκεο. Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία ΑΕΙ Πεηξαηά TT Τκήκα Μεραληθώλ Απηνκαηηζκνύ Τ.Ε.

Transcript

1 V Μλήκεο Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία ΑΕΙ Πεηξαηά TT Τκήκα Μεραληθώλ Απηνκαηηζκνύ Τ.Ε.

2 Σύλνςε Μαζήκαηνο > Άσκηση MOSFET > Πτητικές Μνήμες > Μη Πτητικές Μνήμες 2 11/20/2016

3 Πηεηηθέο Μλήκεο

4 Καηεγνξηνπνίεζε Μλεκώλ Πτητικές (Volatile) Core Memory ( ) Dynamic Random Access Memory (DRAM) Static Random Access Memory (SRAM) Μη Πτητικές (Non-Volatile) EPROM EEPROM Flash Νέεο Τερλνινγίεο Ferroelectric RAM Magnetoresistive RAM

5 Πηεηηθέο Μλήκεο Παιηέο Μλήκεο RAM Core Memory kbits = 13 x 4096bits Η Core Memory ρξεζηκνπνηεί κηθξά καγλεηηθά δαρηπιίδηα (cores), ησλ νπνίσλ ε καγλήηηζε αιιάδεη αλαιόγσο ηελ ηάζε πνπ εθαξκόδνπκε. Τα cores κπνξνύλ λα καγλεηηζηνύλ ζε δύν θαηαζηάζεηο δεμηόζηξνθα ή αξηζηεξόζηξνθα θαη αλαιόγσο απηό λα αληηπξνζσπεύεη θάπνην bit. 1 kb = 32 x 32 bits 5 11/20/2016

6 Πηεηηθέο Μλήκεο Σύγρξνλεο Μλήκεο RAM DRAM SRAM 6 11/20/2016

7 Σπζηνηρία Κειηώλ Μλήκεο Μνήμη 16 bit Γηα λα θηηάμνπκε κλήκεο κε κεγάιε ρσξεηηθόηεηα ελώλνπκε πνιιά θειηά κεηαμύ ηνπο ζε δηάηαμε πίλαθα. Η πξόζβαζε ζην θάζε θειί ειέγρεηαη από δύν πνιππιέθηεο πνπ νπζηαζηηθά ξπζκίδνπλ ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπ θάζε θειηνύ

8 Με Πηεηηθέο Μλήκεο

9 Με Πηεηηθέο Μλήκεο Floating Gate MOSFET (FGMOS) Memories Electrically Erasable Programmable Read Only Memories (EEPROM) Erasable Programmable Read Only Memories (EPROM) Flash Memory Γηα λα γίλεη reset πξέπεη λα εθαξκνζηεί ηάζε κεγαιύηεξε από ηελ θαλνληθή κεηαμύ Source- Drain. Μεηά μαλαγίλεηαη ε εγγξαθή θαλνληθά. Οη πξώηεο κλήκεο γηλόηαλ reset κε X-rays θαη θσηόληα UV Σηεξίρζεθαλ ζηηο EEPROM θαη απνηεινύληαη από ινγηθέο πύιεο NAND θαη NOR 9

10 Δηαγξαθή Εγγξαθή Floating Gate MOSFET (FGMOS) EPROM Αρτή Λειτοσργίας Τν θνξηίν ηεο floating gate καο επηηξέπεη λα δεκηνπξγήζνπκε ην 1 θαη 0 πνπ αληηζηνηρεί ζην αλ ην transistor άγεη ή όρη Τν λα εγγξαθνύλ δεδνκέλα ζηε κλήκε απαηηεί ηελ εθαξκνγή πνιύ κεγάιεο ηάζεο ζην ζπγθεθξηκέλν FGMOS. Απηό δεκηνπξγεί έλα θαηλόκελν ρηνλνζηνηβάδαο όπνπ ηα ειεθηξόληα απνθηνύλ αξθεηή ελέξγεηα γηα λα πεξάζνπλ θαη λα ζπγθεληξβπνύλ ζηελ floating gate. Όηαλ ε ηάζε αθαηξείηαη ηόηε ηα ειεθηξόληα παξακέλνπλ παγηδεπκέλα εθεί κέζα. Εμαηηίαο ηεο κόλσζεο γύξσ από ηελ πύιε ην απνζεθεπκέλν θνξηίν δελ κπνξεί λα δηαξξεύζεη θαη κπνξεί λα παξακείλεη εθεί γηα δεθαεηίεο. Σηηο EPROM ε εγγξαθή δελ είλαη αληηζηξεπηή κε ειεθηξηθό ηξόπν. Πξέπεη ε κλήκε λα θσηηζηεί κε UV ώζηε λα ηνληζηεί ην SiO2 θαη λα δηαξξεύζεη ην θνξηίν από ηελ floating gate. Απηή ε δηαδηθαζία δελ είλαη ηνπηθή! Οιόθιεξε ε κλήκε ζβήλεη ηαπηόρξνλα! 10

11 Floating Gate MOSFET (FGMOS) EEPROM Διαυορά EPROM και EEPROM H EEPROM ζηεξίδεηαη θαη απηή ζε FGMOS αιιά ην ρακειό Gate Oxide είλαη πην ιεπηό, έηζη ώζηε ε κλήκε λα κπνξεί λα ζβήζεη κε ειεθηξηθό ηξόπν Πνιύ ιεπηόηεξν απ όηη ζηελ EPROM 11

12 Μλήκε Flash Η κλήκε Flash ζηεξίδεηαη πάλσ ζηε ινγηθή ηεο κλήκεο EEPROM αιιά γξάθεη ζε επίπεδν block θαη όρη ζε επίπεδν word Αντλίες Φορτίοσ Εζσηεξηθέο αληιίεο θνξηίνπ (charge pumps) γηα λα επηηύρνπκε ηελ πςειή ηάζε Πάλσ από 50% ηεο θαηαλάισζεο Απνηπγράλνπλ ζε πεξηβάιινλ αθηηλνβνιίαο πνιύ πςειήο ελέξγεηαο. Μλήκεο Flash NAND NOR 12

13 Μλήκε Flash NOR 13 11/20/2016

14 Μλήκε Flash NAND 14 11/20/2016

15 Νέεο Τάζεηο ζηηο Με-Πηεηηθέο Μλήκεο Ferroelectric RAM Magnetoresistive RAM Phase Change RAM Millipede Memory Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon (SONOS) Nano-RAM 15 11/20/2016

16 Νέεο Τάζεηο ζηηο Με-Πηεηηθέο Μλήκεο 16 Εμαηηίαο ηεο δνκήο ηεο ε F-RAM έρεη πνιιά πιενλεθηήκαηα: Πνιινύο θύθινπο εγγξαθήο (πάλσ από for 3.3 V devices) Πνιιή ρακειή θαηαλάισζε (ε F-RAM δελ ρξεηάδεηαη αλαλέσζε ηνπ θνξηίνπ ηεο) Είλαη γξήγνξε θαη γξάθεηαη ζε έλαλ θύθιν Αλζεθηηθή ζηε ξαδηελέξγεηα Ferroelectric RAM Σηε Ferroelectric RAM ε εγγξαθή ζρεηίδεηαη κε ηελ πόισζε ηνπ θεξνειεθηξηθνύ πιηθνύ πνπ βξίζθεηαη πάλσ από ην θαλάιη ηνπ MOSFET. Η εγγξαθή γίλεηαη από ην Word Line ελώ ε αλάγλσζε γίλεηαη κέζα από ην Bit Line πνπ αλαγλώλεη αλ ην ηξαλδίζηνξ είλαη ΟΝ ή OFF 11/20/2016

17 Νέεο Τάζεηο ζηηο Με-Πηεηηθέο Μλήκεο Σεκεξηλό Μέγεζνο > 180 nm Magnetoresistive RAM Λεηηνπξγεί κε βάζε ην θαηλόκελν ηεο καγλεηναληίζηαζεο ην νπνίν ζηεξίδεηαη ζηελ καγλεηναληίζηαζε ζήξαγγαο ζε δνκέο ferromagnet/thin dielectric (~5nm) / ferromagnet όπνπ αλαιόγσο κε ηε καγλεηηθή πόισζε αιιάδεη θαη ε ειεθηξηθή αληίζηαζε ηεο δνκήο. Σε παξάιιειε καγλήηηζε ε αληίζηαζε είλαη κηθξή ελώ ζε αληηπαξάιιειε κεγάιε Η MRAM δελ ρξεηάδεηαη αλαλέσζε ηνπ θνξηίνπ νύηε όηαλ είλαη OFF νύηε όηαλ είλαη ON Η MRAM απαηηεί κεγαιύηεξε ηζρύ γηα ηελ εγγξαθή θαη ηελ αλάγλσζε. Δελ ρξεηάδεηαη αιιαγή ζηελ ηάζε νπόηε είλαη πνιύ γξήγνξε, κε ρακειόηεξε θαηαλάισζε θαη πνιύ κεγάιν ρξόλν δσήο 17 Η MRAM έρεη δηαξθεί θύθινπ 1 ns settling times, πνιύ θαιύηεξα από ηηο ζεκεξηλέο DRAM

18 V Μλήκεο Τέινο γηα ζήκεξα Νανοηλεκτρονική Τετνολογία Θεωρία: Δεπηέξα, 09:00 12:00 Εργαστήριο: Τξίηε, 09:00 11: /20/2016