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主题:同学们,“半导体存储器导论课”第二课开始点名,分组讨论了, -- 老瑞

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家园 第二课 结构最简单的DRAM (V1.0)

通常,按照存储器对数据的保持特性对其进行分类,如图2-1所示。所谓的挥发性(volatile)是指断电以后,所存储的数据也随即消失。挥发性的存储器包括了我们熟知的DARM (Dynamic Random Access Memory)和SRAM (Static Random Access Memory)。非挥发型的存储器NVM (Non-volatile Memory)包括了CD,DVD,软盘等。

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实际的应用中,所要考虑的不光是数据的保持特性。其他的参数,比如说存储器数据的存储(读取)速度就直接影响着PC, DC, Mp3整体性能。还有由存储器的结构决定的数据密度。数据密度越大,理论上就意味着相同体积的硅片可以集成更多的基本存储单元。PC整体性能的不断提高就建立在单位面积硅片所集成的微电路数量持续增加。

如果按照保持特性,存储速度和数据密度这三个参数来分别考察DRAM,SRAM,NVM,会得到什么结论?想想目前上述三大类存储器的共存,基本就可以得到想到答案了。答案就是:这三种存储器各有所长。这也从一个方面验证了“存在就是合理的”这句名言。如图2-2所示:SRAM以速度取胜,DRAM以集成密度胜出,而NVM(以Flash为代表)以数据保持特性为荣。

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您问图中红点代表的Memory devices代表的什么意思?这位三大参数考察都为优的神秘人物就是业界正在研发的新型存储器,或者说下一代存储器。这个题目,以后有机会的话,我们还会提到。现在可以透露一点,神秘人物并非一人。事实上,有众多的神秘人物正在竞争下一代存储器这个主角。不同的经纪人(半导体厂商)看中的候选演员并不相同。像不像半导体业界的选美?有幸身在业界的朋友们,你们看中的是哪位演员(MM)?说出你的理由来。

咱们还是回到正题。先看看拥有数据密度最佳值的DRAM。与其他存储器相比,DRAM的结构最简单。考察DRAM的基本存储单元(Cell),如图2-3所示,您会不会惊呼,My God!或者Tian Na?原来DRAM的Cell只包括一个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 金属-氧化层-半导体-场效电晶体管,或者简称金氧半场效电晶体管)和一个电容。对的,的确是这样。这种结构业界通常称之为:1晶体管/1电容,考虑了英文单词的缩写,也可以写为:1T/1C结构。

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MOSFET的作用像是一个开关,可以用来控制Cell单元的写入,更新以及读出。电容器用来存储电荷。此外,还需要两根导线(数据线)用来标识地址和与其他电路相连。可以称之为:字线(word line)以及位线(bit line)。写入数据的时候,数据线中的逻辑状态可以存在电容器里面。具体的说,通过字线给MOSFET的栅极(gate)加电压,源极(Source)和漏极(Drain)导通。位线同时加电压,给电容充电。美女(帅哥)有啥习惯?习惯乱放电(电晕你哦,你有没有被电过?)电容器有啥习惯?习惯漏电。电放完了咋办?上西西河跟高手充电呗。电漏完了怎么办?重复刚才的步骤,充电呗。漏的有多快啊?大概2毫秒(ms)到50毫秒(ms)就要充一次电。觉得老是漏电,需要充电,难为情啊。咱也弄个好名字,“转进”呗,哦,是“刷新(refresh)”。“转进”也好,“刷新”也好,因为是个不断行进的过程,您这个“动态存储器”的招牌是要一直带的哦。

咱虽然“一直在动”,咱也有咱的优点。咱头脑简单(结构简单),个头小(面积小)。您要是想在一个教室里面多塞进些人(增加存储密度),俺肯定是您优先考虑的对象哦。当然了,也不能无限制的给一个教室里面塞人啊(增加存储密度)。存储密度增加了,Cell的尺寸也要减小啊,电容器也要随之减。这会带来很多问题的,而这些问题,也正是业界的各位大佬们正在需要考虑的。

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关键词(Tags): #半导体存储器#DRAM#NVM
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