Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article a pour but de retracer les évolutions techniques qui ont abouti aux mémoires actuelles. Après une brève présentation des différents sous-ensembles de ce composant que sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle et l’interface d’entrée-sortie, nous détaillons pour chacun d’eux leurs évolutions. Le portrait de ce que l’on pourrait appeler la « mémoire idéale » est ensuite esquissé à partir des recherches et des réponses industrielles actuelles. En particulier trois composants électroniques disponibles aujourd’hui qui sont les mémoires à changement de phase, ferroélectriques et magnétorésistives (respectivement la PCRAM, la FRAM et la MRAM) sont présentés.
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Philippe DARCHE : Maître de conférences à l’institut universitaire de technologie (IUT) Paris Descartes - Chercheur au laboratoire LIP6 – université Pierre et Marie Curie (UPMC), France
INTRODUCTION
Depuis les premières mémoires intégrées vives statiques et dynamiques de la société Intel apparues respectivement en 1969 et 1971, ce composant n’a cessé d’évoluer en termes de capacité de stockage et de performance, principalement le temps de latence et le débit. La capacité de la mémoire dynamique est ainsi passée de 1 Kib (référence Intel 1103 - 1971) à 8 Gib (DDR3 SDRAM - 2012) et son temps de cycle a débuté à 580 ns pour arriver aux alentours de 40 ns (modèle 1600 9-9-9-24, ligne activée) pour une lecture aléatoire (mêmes références que précédemment).
L’objet de cet article est de retracer les évolutions techniques de la mémoire à semi-conducteurs. Les différents sous-ensembles de ce composant, qui sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle périphérique et l’interface, sont d’abord présentés. Nous détaillons ensuite l’évolution de chacun d’eux. Par ailleurs les progrès de l’intégration font qu’il est aujourd’hui possible d’intégrer un système informatique sur une seule puce. La mémoire qui y est intégrée se nomme mémoire embarquée. Nous précisons ses avantages. Pour terminer, nous esquissons ce que pourrait être la « mémoire idéale » à partir des recherches actuelles. Son portrait pourrait être une capacité de stockage identique à celle des mémoires « classiques », une absence de volatilité de l’information, un débit compatible avec les architectures de processeurs actuelles et une meilleure efficacité énergétique. Nous présentons en particulier trois réponses industrielles actuelles que sont les mémoires à changement de phase, ferroélectriques et magnétorésistives dont les représentants respectifs sont la PCRAM, la FRAM et la MRAM.
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MOTS-CLÉS
technologie de l'information mémoire à semi-conducteurs à accès aléatoire mémoire vive mémoire morte mémoire émergente
VERSIONS
- Version courante de juin 2020 par Philippe DARCHE
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Évolution de la cellule et de la matrice de mémorisation1. Modélisation d’une mémoire à semi-conducteurs
Une mémoire générique peut se modéliser sous la forme de trois sous-ensembles (figure 1) qui sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle interne et l’interface d’entrée-sortie (E/S).
les abréviations des signaux dans les schémas sont regroupés dans un tableau en fin d’article.
La matrice (ou grille) comprend les cellules de mémorisation d’une capacité d’un bit, adressées par coïncidence, c’est-à-dire par activation d’une ligne et sélection d’une colonne. Le point mémoire est dit « actif » si le composant qui mémorise l’information est de type actif (i.e. transistor). Il est dit « passif » dans l’autre cas. Pour ce dernier, il appartiendra alors à une grille passive appelée aussi « arrangement à points de connexion ». Le point mémoire est un composant, soit bistable, soit mémorisant une grandeur électrique. L’adressage aléatoire se caractérise par un temps d’accès constant en lecture quelle que soit l’adresse (i.e. la localisation) de la cellule.
Le type de mémorisation classifie les mémoires à accès aléatoire. Il faut distinguer la mémoire vive ou RAM (Random Access Memory) et la mémoire morte ou ROM (Read Only Memory). La première perd son information en cas de perte d’alimentation électrique. Son type de la cellule détermine la catégorie de la mémoire vive, statique (SRAM pour Static RAM) ou dynamique (DRAM pour Dynamic RAM). La seconde garantit la permanence de l’information. Il faut distinguer la MROM (Mask-programmed ROM) dont l’information est gravée dans le silicium des versions programmables (PROM pour Programmable ROM) avec, éventuellement, la possibilité d’un effacement préalable (EPROM pour Erasable PROM, EEPROM pour Electrically EPROM, EAROM pour Electrically Alterable ROM) permettant alors une reprogrammation.
Une logique périphérique gère l’accès à cette matrice. En particulier, à partir d’une adresse externe, un décodeur d’adresse de ligne active une ligne de cellules se connectant aux colonnes (lignes de bit). Connecté à chaque extrémité de ces dernières, un amplificateur de lecture ou SA (Sense Amplifier) est chargé d’interpréter l’information...
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Modélisation d’une mémoire à semi-conducteurs
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DARCHE (P.) - Architecture des ordinateurs-Mémoires à semi-conducteurs : Principe de fonctionnement et organisation interne des mémoires vives. - Volume 1. Éditions Vuibert. ISBN 978-2-311-00476-2 (2012).
-
(2) - SIDDIQI (M.A.) - Dynamic RAM : Technology Advancements. - CRC Press. ISBN-13 978-1439893739 (2012).
-
(3) - Low power and reliable SRAM memory cell and array design. - Koichiro Ishibashi and Kenichi Osada Editors. Springer Series in Advanced Microelectronics. ISBN 978-3-642-19567-9 (2011).
-
(4) - MASUOKA (F.) et al - A new flash E2PROM cell using triple polysilicon technology. - 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM) Digest, vol. 30, p. 464-467. December 1984.
-
(5) - DARCHE (P.) - Architecture des ordinateurs – Interfaces et périphériques-Cours avec exercices corrigés. - Éditions Vuibert. ISBN 2-7117-4814-6 (2003).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IEEE Draft Standard for Prefixes for Binary Multiples. IEEE Std P1541/D5. The Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA. April 2002.
IEEE Standard for Prefixes for Binary Multiples. IEEE Std 1541-2002. ISBN 0-7381-3386-8.
IEC Letter symbols to be used in electrical technology-Part 2 : Telecommunications and electronics-Symboles littéraux à utiliser en électrotechnique – Partie 2 : Télécommunications et électronique. International Electrotechnical Commission. IEC 60027-2 – Édition 2.0 – Bilingual. November 2000.
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