半導(dǎo)體存儲器用于數(shù)據(jù)存儲。按照電源在關(guān)斷后數(shù)據(jù)是否依舊被保存的方式區(qū)分,存儲器可分為非易失性存儲器 (Non-volatile Memory,NVM)和易失性存儲器 (volatile Memory,VM)兩大類。例如,人們熟知的閃速存儲器 ( FlashMemory,簡稱 Flash)就屬于 NVM,靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (Static RandomAccessMemory, SRAM)和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (DynamicRandom Access Memory,DRAM)則屬于 VM。
第一顆 1Kbit 的 6T- SRAM 由 Intel 在1976年研發(fā)成功。1980年T. lizuka 等人成功研發(fā)了第一個(gè)真正基于 CMOS 的 16Kbit 容量的 SRAM。用于集成的 SRAM 單芯片容量通常為 32B~ 128KB。通常,電子產(chǎn)品系統(tǒng)(例如電子玩具、數(shù)碼相機(jī)、各類手機(jī)、音響合成器等)中都嵌入了幾千字節(jié)至幾兆字節(jié)的 SRAM 獨(dú)立芯片。信號處理電路(例如 DSP,對內(nèi)存的訪問沒有限制)則往往使用雙口 (Dual-Ported)的 SRAM。SRAM 芯片由存儲單元陣列 (Core Cells Array)、行/列地址譯碼器(Decoder)、讀出放大器(Sense Amplifier)和控制電路(Control Circuit) 等組成。SRAM 全部是根據(jù)晶體管的導(dǎo)通和截止原理來工作的,速度極快,可達(dá)到納秒級。SRAM 的存儲單元通常由2個(gè)pMOS 和4個(gè)nMOS組成(6T-SRAM),或者由 4個(gè)晶體管(4T-SRAM)加兩個(gè)電阻組成。另外,還有8T-SRAN 和 1OT-SRAM,但面積很大,都不如 6T-SRAM 的應(yīng)用范圍廣泛;而少于4T 的設(shè)計(jì)則用于DRAM. 例如 1T-DRAM、3T-DRAM。
在使用時(shí)是否需要刷新(Refresh)是區(qū)分SRAM 和 DRAM 的依據(jù)。SRAM不需要刷新,電路能保存以前存儲的數(shù)據(jù);但是 DRAM 如果不能每隔一段時(shí)間刷新充電一次,數(shù)據(jù)就會消失。和 DRAM 相比,SRAM 價(jià)格高,但速度快、功耗相對低(特別是在空閑狀態(tài)),因此 SRAM 常被用于帶寬要求高,或者功耗要求低,或者二者兼而需要的情況。SRAM 比DRAM 更容易控制,可以隨機(jī)訪問,讀/寫速度快,但是容量小,相同存儲容量的 SRAM 的裸片面積比 DRAM 大很多,因而不適合用于存儲密度要求高的場合。SRAM 常常用作 CPU 芯片的一級緩存(LI Cache)和二級緩存(12 Cache)單元。從Intel 的 80486 開始,CPU內(nèi)部加入了高速緩存單元,其實(shí)質(zhì)就是將 SARM 嵌入CPU 中,因此在 PentiumCPU 的芯片中就有了 LI Cache 和L2 Cache 的概念。正常LI Cache 是設(shè)計(jì)在CPU單元的內(nèi)部,L2 Cache 建立在CPU 單元的外部,所以CPU 的,芯片面積相對較大。在當(dāng)今流行的 ARM 應(yīng)用處理器核中,也增加了 Cache 來解決應(yīng)用處理器與主存(DRAM)之間的速度匹配問題。因?yàn)?DRAM 只需一個(gè)晶體管和一個(gè)電容器(1T1C)就可組成一個(gè)存儲單元(RAM Cell),所以可以達(dá)到很高的密度和容量,常被用作計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。
Intel、三星和臺積電都已經(jīng)生產(chǎn)了 45nm、32nm/28nm、16nm/ 14rm 的6T-SRAM,目前競相在 10nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)采用 FinFET 工藝生產(chǎn)面積小、 性能優(yōu)越的128Mbit SRAM 產(chǎn)品。隨著新型高速動態(tài)音像展示技術(shù),例如虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality, VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) ( Augmented Reality,AR)和人工智能(Artifical Intelligence, AI) 相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,對 SRAM 的讀/寫速度要求越來越高,新型 SRAM 器件的研發(fā)也越來越得到重視。
審核編輯:湯梓紅
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