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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, leurs évolutions spécifiques sont détaillées. Le portrait de ce qui pourrait être appelée « mémoire idéale » est ensuite esquissé à partir des recherches et des réponses industrielles actuelles. En particulier, sont développés quatre composants électroniques émergents : les mémoires à changement de phase, les mémoires résistives, les mémoires ferroélectriques et les mémoires magnétorésistives (respectivement la PCRAM, la ReRAM, la FRAM et la MRAM).
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Philippe DARCHE : Maître de conférences à l’Institut Universitaire de Technologie (IUT) de Paris - (Université de Paris), - Chercheur au LIP6 dans l’équipe Inria DeLyS de Sorbonne Université, Paris, France
INTRODUCTION
Depuis les premières mémoires intégrées vives statiques et dynamiques de la société Intel apparues respectivement en 1969 et 1971, ces composants n’ont cessé d’évoluer en termes de capacité de stockage et de performance, principalement en temps de latence et le débit. La capacité de la mémoire dynamique est ainsi passée de 1 Kib (référence Intel 1103 – 1971) à 32 Gib (DDR4 SDRAM – 2019) et son temps de cycle a débuté à 580 ns pour arriver aux alentours de 32,5 ns (modèle DDR4-3200-20-20-32 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, que sont la matrice de mémorisation, la logique de contrôle périphérique et l’interface, sont d’abord présentés, puis leurs évolutions détaillées. Par ailleurs, les progrès de l’intégration font que, depuis le milieu des années 1990, il est 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 serait 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 ReRAM, la FRAM et la MRAM.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire, un tableau des acronymes et des notations utilisés.
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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 archivée 1 de déc. 2016 par Philippe DARCHE
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Vers la mémoire idéale6. Approches liées à la technologie
Les progrès de l’intégration et de l’encapsulation font que la mémoire est embarquée dans d’autres composants comme un microprocesseur ou un processeur spécialisé ; on parle de mémoire embarquée. Il faut relever également la tendance à superposer les puces électroniques, l’ensemble des technologies étant regroupées sous l’acronyme 3-D.
6.1 Mémoire embarquée
Les mémoires embarquées appartiennent à un domaine technologique qui concerne l’intégration de mémoires de tout type (SRAM, DRAM, EEPROM flash, etc.) sur la puce d’un circuit logique à haute performance, en général un microprocesseur à usage général ou spécialisé comme le processeur de traitement numérique du signal (DSP pour Digital Signal Processor), le processeur réseau (network processor) ou le processeur graphique. L’essor des FPGA (Field-Programmable Gate Array) et des SOC (System On Chip) ont poussé à cette intégration. Le choix d’embarquer une technologie de mémoire est dicté par l’application. La SRAM ne pose pas de problème d’intégration, car sa technologie est celle de la logique. Il n’en va pas de même pour la DRAM et son condensateur de stockage de l’information. La difficulté réside alors dans le mélange des technologies de fabrication, ce qui pose des problèmes de rendement de fabrication. L’intérêt de l’approche réside dans une latence réduite, une bande passante élargie et une consommation électrique réduite par rapport à un sous-ensemble externe. Il est aussi possible de récupérer des informations supplémentaires sur l’état du composant afin de pouvoir anticiper une fonction comme le rafraîchissement. Par ailleurs, la surface occupée en comparaison avec un système à composants discrets est plus petite et le système offre une meilleure fiabilité. Le coût pour de grandes quantités est aussi diminué.
Ces mémoires ont émergé commercialement à partir des années 2000. Pour l’application de type cache, la SRAM est indétrônable. Dans sa version DRAM, on parle de « eDRAM » pour embedded DRAM. La tendance lourde est d’intégrer dans le microprocesseur d’autres composants importants d’une carte mère. Cela a commencé avec l’intégration de la mémoire cache (SSRAM), puis du jeu de...
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Approches liées à la technologie
BIBLIOGRAPHIE
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(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 Séries in Advanced Microelectronics. ISBN 978-3-642-19567-9 (2011).
-
(4) - MASUOKA (F.) et al - A new flash E2PROM cell using triple polysilicon technology. - International Electron Devices Meeting (IEDM) Digest, vol. 30, p. 464-467 (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
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NORMES
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IEEE Draft Standard for Prefixes for Binary Multiples. The Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA. - IEEE STD P1541/D5 - 2002
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IEEE Standard for Prefixes for Binary Multiples. ISBN 0-7381-3386-8. - IEEE STD 1541-2002 -
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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 – Édition 2.0 – Bilingual. Août 2005. - NF EN IEC 60027-2 - 2019
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