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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, 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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Acronymes et notations9. Glossaire
amplificateur de lecture ; Sense Amplifier, SA
Sous-ensemble logique chargé de déterminer le niveau logique des cellules d’une ligne. Chaque amplificateur fonctionne en mode différentiel. Plusieurs architectures existent comme les types CSA (Current SA) et CTSA (Charge Transfer SA). Il peut être précédé d’un pré-amplificateur de lecture (SPA, Sense PreAmplifier).
banc ; bank
Unité de décomposition possible d’une mémoire à accès indépendant, constitué d’un plan de mémorisation avec sa logique de contrôle.
bloc ; block
Unité de décomposition possible d’un plan de mémorisation afin de limiter la capacité de ligne.
cache ; cache
Appelé aussi antémémoire, mémoire de capacité limitée s’intercalant entre la mémoire et le processeur. Elle peut être intégrée dans une DRAM (DC DRAM, EDRAM, etc.) ou un processeur.
cellule de mémorisation ; storage cell
Élément de mémorisation atomique de l’information disposée en matrice ou plan. Elle mémorisait initialement un bit. La tendance est au stockage de plusieurs bits.
égalisation ; equalization
Sous-ensemble logique chargé d’égaliser le potentiel des paires de colonnes avant l’accès.
mémoire embarquée ; embedded memory
Mémoire intégrée dans un autre composant, généralement un processeur, un SOC ou un FPGA. On parle par exemple de eDRAM (embedded DRAM).
mémoire émergente ; emerging memory
Catégorie de mémoire non volatile candidate pour remplacer la RAM classique. Dans cette catégorie, on retrouve la FRAM, la MRAM, la PCRAM et la ReRAM.
minterme ; minimum term
Terme produit de variables logiques de degré n, le degré étant le nombre de ses variables logiques et n, le nombre de variables de la fonction booléenne associée ...
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Glossaire
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 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
-
IEEE Draft Standard for Prefixes for Binary Multiples. The Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA. - IEEE STD P1541/D5 - 2002
-
IEEE Standard for Prefixes for Binary Multiples. ISBN 0-7381-3386-8. - IEEE STD 1541-2002 -
-
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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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