Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Ηµιαγωγικές µνήµες.λιούπης Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 1
Τυπική εσωτερική οργάνωση µνήµης γραµµές λέξης wordlines () κύκλωµα προφόρτισης (pre-charge circuit) γραµµές ψηφίου bitlines (BL) διεύθυνση δεδοµένων αποκωδικοποιητης Χ συστοιχία κυττάρων µνήµης (cell array) λογική ελέγχου λειτουργιών αποκωδικοποιητης Υ αισθητήρες-ενισχυτές (sensor-amplifiers) Επιλογέας Υ (Y-gating) γραµµές εισόδου/εξόδου δεδοµένων κύτταρο µνήµης (memory cell) Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 2
Στατικές Μνήµες RAM (SRAM) Γρήγορη προσπέλαση δεδοµένων Χρόνος προσπέλασης: 2 έως 10ns (20ns max) Χρήση σε κρυφές µνήµες (cache memories) Σύγχρονες και ασύγχρονες εκδόσεις Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 3
Κύτταρο µνήµης SRAM µε 6 τρανζίστορ (6T cell) wordline () V DD A T1p B T3 V DD T4 T1n T2p T2n bitline (BL) bitline (BL) Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 4
Οργάνωση συστοιχίας µνήµης SRAM Din Din Din κύκλωµα προφόρτισης και οδηγός εγγραφής κύκλωµα προφόρτισης και οδηγός εγγραφής κύκλωµα προφόρτισης και οδηγός εγγραφής κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM ΒL ΒL ΒL ΒL ΒL ΒL κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM κύτταρο SRAM ενισχυτής αίσθησης (sense-amplifier) ενισχυτής αίσθησης (sense-amplifier) ενισχυτής αίσθησης (sense-amplifier) Dout Dout Dout Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 5
ιαφορικός ενισχυτής αίσθησης (sense-amplifier) V DD T1p T2p T1n T2n sense Ts bitline (BL) bitline (BL) Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 6
υναµικές µνήµες RAM (DRAM) Αναγκαιότητα περιοδικής ανανέωσης των περιεχοµένων Μικρό µέγεθος κυττάρων µνήµης υνατότητα µεγάλης ολοκλήρωσης Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 7
Κύτταρο µε 1 τρανζίστορ και οργάνωση µνήµης DRAM κύτταρο µνήµης wordline () κύκλωµα προφόρτισης CS είσοδος διεύθυνσης αποθηκ.διεύθυνσης αποκωδ.γραµµής CBL /RAS /CAS /WE κύκλωµα ελέγχου επιλογέας στήλης bitline (BL) CBL >>> CS ενισχυτής αίσθησης είσοδος/έξοδος δεδοµένων α) κύτταρο DRAM µε 1 τρανζίστορ β) οργάνωση µνήµης DRAM Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 8
Λειτουργία ανάγνωσης µνήµης DRAM t RC κύκλωµα προφόρτισης /RAS /CAS addr data t RCD row addr t RAC t CAC column addr data out t RP είσοδος διεύθυνσης /RAS /CAS /WE αποθηκ.διεύθυνσης κύκλωµα ελέγχου αποκωδ.γραµµής επιλογέας στήλης α) χρονικό διάγραµµα ανάγνωσης είσοδος/έξοδος δεδοµένων β) προφόρτιση BL κύκλωµα προφόρτισης κύκλωµα προφόρτισης είσοδος διεύθυνσης αποθηκ.διεύθυνσης αποκωδ.γραµµής είσοδος διεύθυνσης αποθηκ.διεύθυνσης αποκωδ.γραµµής /RAS /CAS /WE κύκλωµα ελέγχου επιλογέας στήλης /RAS /CAS /WE κύκλωµα ελέγχου επιλογέας στήλης είσοδος/έξοδος δεδοµένων γ) προσπέλαση γραµµής είσοδος/έξοδος δεδοµένων δ) επιλογή στήλης Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 9
Μέθοδοι ανανέωσης µνήµης DRAM κύκλ προσπέλασης κύκλ ανανέωσης /RAS /RAS /RAS /CAS /CAS /CAS addr refresh addr addr refresh addr row col refresh addr addr addr addr * εσωτερικά * εσωτερικά α) RAS-only refresh β) CAS-before-RAS refresh γ) hidden refresh Ανανέωση περιεχοµένων DRAM RAS-only refresh CAS-before-RAS refresh hidden refresh Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 10
Εξέλιξη µνηµών DRAM DRAM access time: 70-80ns Fast Page Mode (FPM) DRAM access time (page): 40ns Extended Data Out (EDO) DRAM access time (burst): 25ns Synchronous DRAM (SDRAM) pipelined access time (burst): 15ns Direct Rambus DRAM (DRDRAM) access time (burst): 1.25ns/2 bytes (1.6GB/s) Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 11
Ανίχνευση φορτίου κυττάρων µνήµης πολλαπλών ψηφίων I cell > I ref1 D1=1, D0=1 D0 D1 I ref1 > I cell > I ref2 D1=1, D0=0 I ref2 > I cell > I ref3 D1=0, D0=1 λογικό κύκλωµα I ref3 > I cell D1=0, D0=0 + - + - + - I ref1 I ref2 I ref3 I cell συστοιχία κυττάρων αναφοράς συστοιχία µνήµης multi-level cells αποθήκευση πολλαπλών επιπέδων φορτίου ανίχνευση µέσω σύγκρισης µε τάσεις αναφοράς Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 12
Μνήµες µόνιµης αποθήκευσης (non volatile memories) ROM / PROM EPROM EEPROM FLASH memories (τύπου NOR και NAND) Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 13
Οργάνωση µνήµης NOR ROM και NAND ROM V DD V DD BL BL BL BL wordlines wordlines BL BL BL BL bitlines α) NOR ROM β) NAND ROM Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 14
Τρανζίστορ ηλεκτρικά αποµονωµένης πύλης (floating gate transistor) SiO2 control gate floating gate source N + N + P - drain σύµβολο τοµή τρανζίστορ Προγραµµατισµός µε µετακίνηση φορτίων από και προς την ηλεκτρικά αποµονωµένη πύλη αλλαγή της τάσης αγωγής V T Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 15
Οργάνωση συστοιχίας µνήµης NOR FLASH bitline (BL) bitline (BL) bitline (BL) wordline () SL SL SL wordline () SL SL SL wordline () SL SL SL SL (sourceline): συνδέεται σε διάφορες τάσεις ανάλογα µε την λειτουργία Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 16
Οργάνωση συστοιχίας µνήµης NAND FLASH συνολική µνήµη (τυπικό µέγεθος: 512 τµήµατα) bitline (BL) έλεγχος διάδοσης page select 1 τµήµα (8,16 ή 32 σελίδες) page select 2 στήλη σειριακά συνδεµένων τρανζίστορ page select 3 page select n σελίδα (264 ή 528 bytes) µνήµη NAND FLASH (γενικό σχήµα) έλεγχος διάδοσης Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 17
Μνήµη EPROM EEPROM NOR FLASH NAND FLASH Τυπική χωρητικότητα 8-512 KBytes 1-32 KBytes 1-4 ΜΒytes 1-64 MBytes Επιδόσεις Προσπέλαση λέξης: 45-90ns Προσπέλαση λέξης: 70ns Προγραµµατισµός: 3-5ms/λέξη Προσπέλαση λέξης: 65-110ns Προγραµµατισµός: 7-13µs/λέξη ιαγραφή: 1 sec/τµήµα Μεταφορά σελίδας: 7-25µs Ρυθµός προσπέλασης (µετά τη µεταφορά): 50-80ns/byte ιαγραφή: <50ms/τµήµα Προγραµµατισµός σελίδας: 3-5ms Αλλαγή περιεχοµένων Ολική διαγραφή µε υπεριώδη ακτινοβολία Προγραµµατισµός µε µέθοδο CHE. ιαγραφή και προγραµµατισµός ανά λέξη µε τη µέθοδο FN ιαγραφή ανά τµήµατα µε FN Προγραµµατισµός ανά λέξη µε CHE ιαγραφή και προγραµµατισµός ανά σελίδα µε τη µέθοδο FN Χρήσεις Αποθήκευση σταθερών δεδοµένων Ανάπτυξη πρωτοτύπων συστηµάτων Αποθήκευση δεδοµένων που αλλάζουν κατά λέξεις (π.χ. παράµετροι λειτουργίας συστηµάτων) Αποθήκευση κώδικα για απ ευθείας εκτέλεση (executionin-place XIP) Μαζική αποθήκευση δεδοµένων Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 18
Κύτταρα µνήµης FRAM wordline () wordline () ferroelectric capacitors plate enable ferroelectric capacitor plate enable bitline (BL) bitline (BL) bitline (BL) α) κύτταρο FRAM µε 2 κρυστάλλους β) κύτταρο µε 1 κρύσταλλο FRAM - ferroelectric RAM µόνιµη αποθήκευση δεδοµένων Ψηφιακά Ηλεκτρονικά - Ηµιαγωγικές Μνήµες 19