重大转变:DRAM取代SRAM

技术分类: 微处理器与DSP  | 2004-01-30
Brian Dipert,EDN高级技术编辑

功率及性能优化的DRAM正在抢夺SRAM的风头。
  随着添加到系统设计中的功能的增加,以及所要求的代码和数据RAM容量成比例、甚至更可能的按指数规律的增长,DRAM相比于SRAM的每比特成本优势变得更加难以忽略(如图1)。为了确定从采用SRAM转变到DRAM是否有意义,可能首先需要回顾一下当初选择SRAM的缘由。也许你并不希望仅仅是对DRAM的多元地址总线、刷新要求及存取冲突规避、随机与顺序模式下的可变周期或者其它特性进行争论。现在有了好消息:最新一代的PSRAM(pseudo-RAM,伪SRAM)DRAM的表现看上去与那些他们试图取代的SRAM越来越相象。

主要的幻想家们热情洋溢地预言SRAM的最终消亡


图1  主要的幻想家们热情洋溢地预言SRAM的最终消亡。但也许这是因为作为该数据来源的DRAM厂商在这种预言实现上具有既得利益。(数据来源Micron Technology)

  功率消耗方面的考虑可能会促使大家在最初选择SRAM而不是DRAM。毕竟SRAM的存储单元中不需要加入一个的电荷储存电容,由于其总是在不断泄露因此需要周期性地对它进行刷新,这就增加了存储器待机电流的消耗。努力获得最低的待机电流也是促使SR
AM单元结构从四晶体管双电阻器向当今占主导地位的六晶体管单元结构转变的主要动因之一。尽管在采用现代深亚微米光刻技术和更低的供电电压之下,一个SRAM单元中所有晶体管合并起来的泄漏电流和DRAM待机电流消耗之间的差距还是在缓慢而确定地缩小着。请记住,DRAM和SRAM之间的功率消耗差别也许在纸面上——如进行元件数据表对比分析时,比在实际应用中——如需要将多SRAM阵列添加到系统中以达到单片DRAM存储密度要求时,更有意义。
  功率性能优化的DRAM可以实现对器件整体或某个部分关闭刷新操作。例如,当存储器作为一个经常更新的视频缓冲器时,可能根本就不需要刷新。在要求高性能的应用中,存储器只在很小比例的时间内处于待机模式,因此比较SRAM和DRAM之间待机功耗的差别在很大程度上显得没有意义。DRAM的低价也许是吸引人的一个方面,不过其在面对阿尔法粒子和宇宙射线轰击时表现出的比SRAM更高的可靠性可能最终会成为选择它的一个更具吸引力的原因。DRAM存储单元比SRAM锁存器更高的电容意味着DRAM对于外来离子辐射注入电荷造成的比特翻转有更强的抵御能力。DRAM单元的可靠性认知设计可以进一步改善其抗辐射容限,而系统级校验和EDAC(错误检测及校正)将存储器子系统的可靠性提升到更高的水平。
  那么在速度方面SRAM不是仍然保持优势吗?的确如此。从根本上说,对一个主动晶体管锁存器进行存取比读或写一个被动存储电容器更快。DRAM的以成本为核心、不断缩减芯片尺寸的选择造成了两种技术之间整体性能的差别,如果加入更大的感应放大器、大量的小型子阵列以及进行其它结构改造,DRAM速度就可以变得与 SRAM几乎一样快,不过这样一来其与SRAM之间相比有利的价格差异就消失了。因此我们考虑问题的底线是,随着光刻线宽的减少,DRAM自然地越来越快,而且对于数量不断增长的应用来说,它已经足够快了,这才是真正应该关心的。
  慢慢品味
  DRAM制造商们多年以来不断表达着其对非PC市场的兴趣,但是只要PC市场仍然大量“消化”着供应商们制造出的各种芯片,DRAM厂商们就不必将各种“谈论”付诸行动,为适应其他应用而去“剪裁”他们的产品。在此之前,大家都是在厂商们为基于PC应用的芯片规范和封装形式基础上进行微小的调整。这种方法的优点就是可以使得你能够从PC市场大批量需求的成本效益中获益;而缺点则是你最终只能得到勉强满足特定需求的芯片。
  与高速SRAM厂商分化为两个对立阵营(QDR联盟和SigmaRAM联盟)非常类似,PSRAM供应商们也已经被划分为两个联盟,当然也有像Hynix这样的例外,至少在目前看来它还满足于独立发展自己的架构。CellularRAM协作开发团队最初由Infineon和Micron Technology组成,Cypress Semiconductor于2002年9月加入。2003年5月,该联盟宣布Infineon可以提供16-Mbit和32-Mbit器件样品,Micron也正在研制不同的32-Mbit和64-Mbit器件的样品,而Cypress计划在明年付运第一批样品。CellularRAM与异步SRAM兼容,采用48凸点的BGA封装;某些存储密度的产品也采用54凸点的扩展集特性封装,在读写操作中支持NOR闪存兼容的页面模式和全同步突发模式。
  与之竞争的联盟COSMORAM(Co-mmon Specifications for Mobile RAM,移动RAM通用规范)是2003年2月出现的,它由富士通、NEC和东芝组成。Integrated Silicon Solutio
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