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嵌入式存儲(chǔ)器發(fā)展歷程

2017-09-07 14:30:40

在上世紀(jì)六七十年代半導(dǎo)體行業(yè)主要被IDM占據(jù),每個(gè)公司從芯片設(shè)計(jì)、制造到封裝全程都自己做。每家公司都是獨(dú)立開發(fā)自己的工藝、IP和相關(guān)芯片。

早期市場對(duì)于系統(tǒng)的要求包括速度、集成度、功耗都不高,因此分立式存儲(chǔ)器在那時(shí)候成為各應(yīng)用廠家的不二之選。

隨后到了上世紀(jì)八九十年代,fabless和foundry模式開始出現(xiàn),根據(jù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期兩方面考慮,這時(shí)候開始出現(xiàn)第三方的獨(dú)立IP供應(yīng)商,如ARM公司。

芯片集成度的不斷提升,給分立存儲(chǔ)器帶來了兩大挑戰(zhàn):首先:集成度和工藝開始允許片內(nèi)集成更多的存儲(chǔ)器;其次,存儲(chǔ)器的速度發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上于MPU的速度,MPU速度以每年60%在成長,而存儲(chǔ)器只有10%。二者速度之間增長的差異巨大,如下圖所示。
 
                                         
                                                                     MPU于DRAM隨時(shí)代變遷而發(fā)展的關(guān)系圖
 
同時(shí)片內(nèi)存儲(chǔ)器擁有靈活簡單的接口、更低延遲和更寬總線,最重要的是還能節(jié)省系統(tǒng)的空間大小,使得它越來越受到集成電路設(shè)計(jì)師的追捧。在這一時(shí)期嵌入式存儲(chǔ)器主要以SRAM和DRAM這兩種形式呈現(xiàn)。

到了九十年代中期,Intel做了一項(xiàng)重大創(chuàng)新,將片外高速緩沖器(Cache)集成到了片內(nèi)。這直接導(dǎo)致當(dāng)時(shí)一大批分立的片外高速緩沖存儲(chǔ)器廠商倒閉,成為嵌入式存儲(chǔ)器代替分立式存儲(chǔ)器的標(biāo)志性事件。

如今一顆手機(jī)處理器超過90%的面積由各種嵌入式SRAM如寄存器堆,一二級(jí)緩存甚至三級(jí)緩存組成,嵌入式SRAM也成為晶圓代工廠的工藝技術(shù)衡量指標(biāo)。由于SRAM由六個(gè)晶體管組成,而DRAM只有一個(gè)晶體管加一個(gè)電容組成,在面積上具備優(yōu)勢,當(dāng)時(shí)很多廠商其實(shí)都在思考將DRAM嵌入到系統(tǒng)的可能性。

九十年代,當(dāng)時(shí)IBM,Toshiba等大公司都在嘗試開發(fā)嵌入式DRAM。但開發(fā)并不順利,開發(fā)的難點(diǎn)在于DRAM工藝與常規(guī)邏輯工藝差異很大,工藝的整合難度非常大。雖然到今天,隨著工藝的進(jìn)步,使得一些公司像TSMC也在重新審視eDRAM的可行性,并有部分成果,但是主流的設(shè)計(jì)還是沒有將eDRAM納入必備選項(xiàng)。

后來隨著消費(fèi)類電子市場份額大幅成長,存儲(chǔ)需求不斷擴(kuò)大刺激著嵌入式閃存(eFlash)快速發(fā)展。從早期,設(shè)計(jì)人員將程序簡單固化在ROM中,到后來的OTP,EEPROM乃至現(xiàn)在很火的高密度eFlash內(nèi)存。嵌入式內(nèi)存能夠有效存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù),而且掉電后還不丟失,對(duì)很多應(yīng)用都有重要意義。

然而發(fā)展今天,現(xiàn)有存儲(chǔ)技術(shù)暴露的一些缺陷,比如SRAM、DRAM的問題在于其易失性,斷電后信息會(huì)丟失且易受電磁輻射干擾,這一缺陷極大束縛了其在國防航空航天等一系列關(guān)鍵高科技領(lǐng)域的應(yīng)用。而FLASH、EEPROM的寫入速度慢,且寫入算法比較復(fù)雜,無法滿足實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中高速、高可靠性寫入的要求,且功耗較高,無法滿足嵌入式應(yīng)用的低功耗要求。



本文關(guān)鍵詞:DRAM  SRAM   EEPROM

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