Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 19 сентября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Микросхемы высокочастотных делителей 5861ПЦ1У, 5861ПЦ2У

В статье представлено техническое описание микросхем высокочастотных цифровых делителей частоты с коэффициентами деления два (5861ПЦ1У) и пять (5861ПЦ2У). Отличительными особенностями микросхем является наличие двух независимых каналов деления (с аналоговым входом и цифровым входом), возможность запирания каналов, широкий рабочий диапазон температур (–60…125°С), напряжение питания 4,5…5,5 В.

Микросхема быстродействующего восьмиразрядного буферного формирователя 5861АП1У

В статье представлено техническое описание микросхемы быстродействующего восьмиразрядного буферного формирователя 5861АП1У. Отличительные особенности микросхемы – высокая нагрузочная способность (до 60 мА по каждому выходу), возможность объединения выходов с увеличением выходного тока до 480 мА, наличие встроенного устройства адаптивной фильтрации коротких помех, широкий рабочий диапазон температур (–60…125°С), напряжение питания 4,5…5,5 В.

Микросхема быстродействующего параллельного ЭСППЗУ со встроенным секвенсором адреса 5861РР1Т

В статье представлено техническое описание микросхемы быстродействующего параллельного ЭСППЗУ 5861РР1Т емкостью 16 Кбит (организация 2Кx8 бит). Отличительными особенностями микросхемы являются высокое быстродействие при чтении информации (25 нс), встроенный секвенсор адреса с функциями инкремента/декремента, рабочий диапазон температур (–60…125°С), напряжение питания 4,5…5,5 В.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

18 февраля

Память на фазовых переходах: проблемы и перспективы

Энергонезависимая память на фазовых переходах рассматривается как один из кандидатов на роль универсальной системной памяти. В статье обсуждаются свойства и особенности структуры памяти на фазовых переходах. Описываются механизмы работы элемента памяти и проблемы, которые необходимо решить, чтобы память на фазовых переходах стала коммерчески успешным продуктом.



Принцип действия памяти на фазовых переходах (Phase-change memory — PCM) основан на способности некоторых материалов быстро изменять фазу стабильного физического состояния. В качестве такого материала используется халькогенид, который при нагреве может переключаться между двумя состояниями: кристаллическим и аморфным.

PCM сочетает свойства NOR-, NAND-памяти, EEPROM и DRAM (см. табл. 1) и рассматривается в качестве главного кандидата на роль универсальной памяти в компьютерах и системах хранения данных. Традиционные виды памяти на базе хранения заряда, такие как NOR- и NAND-память, начали испытывать проблемы, связанные с уменьшением минимальных размеров элементов, поэтому PCM рассматривается как наилучший вариант энергонезависимой памяти, который обеспечит дальнейшее масштабирование.

Таблица 1. Сравнение основных свойств РСМ со свойствами других видов памяти

Свойства

PCM

EEPROM

NOR

NAND

DRAM

Энергонезависимость

да

да

да

да

нет

Минимальные размеры элементов, нм

< 10

~ 4x

~ 3x

~ 1x

~ 2x

Побитное изменение данных

да

да

нет

нет

да

Требуется цикл стирания

нет

нет

да

да

нет

Программная поддержка

простая

простая

умеренная

сложная

простая

Скорость записи

~100 Мбайт/с

~30 Кбайт/с

~1 Мбайт/с

~20 Мбайт/с

~1 Гбайт/с

Скорость чтения

50…100 нс

~200 нс

70…100 нс

15…50 мкс

20…80 нс

Число циклов перезаписи

106…108

105…106

105

104…105

не ограничено

Рассмотрим основные свойства памяти на фазовых переходах.

Энергонезависимость. Подобно NOR- и NAND-памяти PCM является энергонезависимой памятью, в отличие от DRAM, для сохранения информации в которой необходимо постоянное напряжение питания, например, от аккумуляторной батареи. Кроме того, память DRAM восприимчива к случайным сбоям, которые вызываются альфа-частицами или космическим излучением. В PCM этот эффект не наблюдается.

Масштабируемость. Уменьшение минимальных размеров элементов требует использования весьма сложных структур, что увеличивает стоимость производства. В качестве механизма памяти в PCM используется изменение фазового состояния вещества. Стабильность этого состояния для PCM была продемонстрирована вплоть до минимального размера элемента порядка 5 нм.

Побитная запись/стирание/программирование. Как и в RAM, в PCM возможно побитное изменение информации, в отличие от флэш, в которой необходимо манипулирование крупным блоком памяти, чтобы изменить небольшую часть данных.

Скорость записи. PCM обеспечивает скорость записи, сравнимую с NAND-памятью, но имеет в сто раз меньшее время начальной задержки (время записи первого байта) и не требует специального цикла стирания.

Скорость чтения. Подобно RAM и NOR-памяти технология PCM обеспечивает быстрый произвольный доступ к ячейкам памяти. Это позволяет выполнять код непосредственно из памяти без промежуточного копирования в RAM. NAND-память характеризуется большими временами произвольного доступа (порядка десятков мкс), что препятствует прямому исполнению кода.

Комбинация этих свойств делает PCM уникальным видом энергонезависимой памяти следующего поколения с расширенным набором возможностей.

Структура и механизм работы памяти на фазовых переходах

Запоминание, хранение и считывание информации в РСМ основано на изменении электрического сопротивления малого объема халькогенидного сплава при обратимом фазовом переходе. Для изготовления памяти на фазовых переходах используется халькогенидное стекло на основе сплава антимонида и теллурида германия Ge-Sb-Te (GST). Поддержание любой из фаз (аморфной или кристаллической) не требует электрической мощности, поэтому память является энергонезависимой. Переключение между фазами в разных вариантах происходит при нагреве электрическим током.

Технология PCM базируется на хорошо отработанной промышленной технологии массового производства оптических перезаписываемых дисков различного назначения (CD RW, DVD-RAM и DVD+RW), но чтение информации осуществляется благодаря изменению электрического сопротивления, а не оптических свойств.

Активный материал элемента памяти РСМ, находящийся в аморфной фазе, имеет высокое сопротивление. В поликристаллической фазе, напротив, — низкое сопротивление. Изменение фазового состояния материала вызывается за счет локального нагрева, возникающего при прохождении тока. Резистивный нагревающий элемент контактирует со слоем халькогенидного материала, и ток, протекающий через нагревающий элемент, вызывает изменение фазы.

Проблемы памяти на фазовых переходах

При том, что PCM обладает уникальным набором свойств и, в первую очередь, возможностью дальнейшего масштабирования, чтобы этот вид памяти стал конкурентоспособным на рынке энергонезависимой памяти, необходимо решить несколько серьезных проблем. Основной проблемой является требование высокой плотности программируемого тока — более 107 A/см²
(для сравнения: у обычных транзисторов 105…106 A/см²) в активной фазе. Из-за этого активная область воздействия становится значительно меньше, чем у управляющего транзистора.

Подвергаемый нагреву и склонный к произвольному фазовому переходу элемент памяти должен быть большего размера, поэтому стоимость технологического процесса выше по сравнению с флэш-памятью.

Сложности могут возникнуть там, где материал, который меняет фазу в расплавленном состоянии (нагретый до температуры 600°C), контактирует с диэлектриком и другими областями элемента памяти. При повышенной температуре в диэлектрике может быть утечка заряда или отрыв от материала с фазовым переходом при расширении.

Ниже перечислены проблемы, которые необходимо решить при создании PCM с минимальными размерами элементов 5…20 нм. Эти проблемы должны быть устранены, чтобы улучшить характеристики и надежность PCM.

– Электромиграция меняет состав халькогенидного материала, что может привести к отказам.

– Электромиграция создает пустоты в активном материале, которые приводят к ухудшению контакта и вероятности отказов.

– Плотноупакованные элементы в матрице памяти не способны обеспечить высокую плотность тока.

– Перекрестные помехи под действием тепла вызывают мягкий сброс и влияют на срок хранения данных при повышенной температуре.

– Активный материал в расплавленном состоянии и ограниченном объеме вступает в реакцию с материалом диэлектрика и электрода.

– Напряжение материала, вызванное контактом с материалом, нагретым до температуры 600°C, и термоциклами.

Перспективы памяти на фазовых переходах

Несмотря на то, что имеется ряд нерешенных проблем, связанных с надежностью элементов PCM при минимизации технологических размеров, специалисты рассматривают этот тип памяти как перспективный.

Компании Intel и Numonyx (в настоящее время Micron) объявили о значительном прорыве в работе над PCM и продемонстрировали возможность создания многослойных массивов PCM на одном кристалле. В рамках совместных исследовательских работ компании смогли разработать способ формирования многослойной памяти PCM на базе вертикально интегрированных ячеек (PCMS). Возможность накладывать слои PCMS-элементов друг на друга позволила увеличить плотность памяти. Тонкопленочный двухвыводной ключ OTS используется в качестве переключающего элемента. Он соответствует физическим и электрическим свойствам PCM. Эти ячейки совместимы с КМОП-схемами, которые обеспечивают логические функции и преобразование сигналов (см. рис. 1). Сброс информации, хранимой в ячейках, выполняется за 9 нс, и сама память не теряет свойств после 1 млн. циклов записи.

Рис. 1. Разрез матрицы ячеек PCMS

Свое применение PCM найдет, скорее всего, в подсистемах памяти, производительность которых будет близкой к твердотельным дискам (SSD), надежность будет превосходить NAND-память, а их уровень энергопотребления станет недостижимым для RAM. По мере дальнейшего развития технологии PCM модель ее использования будет меняться от простой замены SSD к применению в качестве основной системной памяти. Хотя стоимость PCM в настоящее время выше DRAM и NAND-памяти, со временем PCM может заменить эти виды памяти в системе.

Литература

1. Greg Atwood. The evolution of phase-change memory//www.eetimes.com.

2. Greg Atwood. Phase Change Memory: Development Progress and System Opportunities//Non-volatile Memories Workshop 2010, University of California, San Diego, April, 2010.

3. Ronald Neale. PCM scalability — Myth or realistic device projection//www.eetimes.com.

4. Kate Greene. A Memory Breakthrough//www.technologyreview.com.

5. Herman Mehling. Phase Change Memory: The Next Big Thing in Data Storage?//www.enterprisestorageforum.com.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Павел Максимов, технический консультант, ИД «Электроника»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты