1T-SRAM

ذاكرة الوصول العشوائي شبه الثابتة أحادية الترانزستور ( 1T-SRAM ) هي تقنية ذاكرة وصول عشوائي شبه ثابتة (PSRAM) طرحتها شركة MoSys في سبتمبر 1998، وتوفر بديلاً عالي الكثافة لذاكرة الوصول العشوائي الثابتة التقليدية (SRAM) في تطبيقات الذاكرة المدمجة. تستخدم MoSys خلية تخزين أحادية الترانزستور (خلية بت) مثل ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، ولكنها تُحيط خلية البت بدوائر تحكم تجعل الذاكرة مكافئة وظيفيًا لذاكرة SRAM (حيث تُخفي وحدة التحكم جميع العمليات الخاصة بذاكرة DRAM مثل الشحن المسبق والتحديث). تتميز ذاكرة 1T-SRAM (وذاكرة PSRAM بشكل عام) بواجهة SRAM قياسية أحادية الدورة، وتظهر للمنطق المحيط بها تمامًا كما تظهر ذاكرة SRAM.

بفضل خلية البت أحادية الترانزستور، فإن ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة أحادية الترانزستور (1T-SRAM) أصغر حجمًا من ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة التقليدية (سداسية الترانزستور، أو "6T")، وأقرب في الحجم والكثافة إلى ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المدمجة ( eDRAM ). في الوقت نفسه، تتمتع ذاكرة 1T-SRAM بأداء مماثل لذاكرة SRAM عند كثافات متعددة الميغابت، وتستهلك طاقة أقل من ذاكرة eDRAM، ويتم تصنيعها باستخدام عملية منطقية CMOS قياسية مثل ذاكرة SRAM التقليدية.

تسوّق شركة MoSys ذاكرة 1T-SRAM كملكية فكرية مادية للاستخدام المدمج (على الشريحة) في تطبيقات النظام على شريحة (SoC). وهي متوفرة بتقنيات تصنيع متنوعة، بما في ذلك Chartered و SMIC و TSMC و UMC . يستخدم بعض المهندسين مصطلحي 1T-SRAM و"ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المدمجة" بشكل متبادل، حيث توفر بعض شركات تصنيع الرقائق ذاكرة 1T-SRAM من MoSys تحت مسمى "ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المدمجة". في المقابل، توفر شركات أخرى ذاكرة 1T-SRAM كمنتج مستقل.

تُبنى ذاكرة SRAM سعة 1 تيرابايت على شكل مصفوفة من بنوك صغيرة (عادةً 128 صفًا × 256 بت/صف، أي 32 كيلوبت إجمالًا) متصلة بذاكرة تخزين مؤقتة SRAM بحجم البنك ووحدة تحكم ذكية. على الرغم من أنها أقل كفاءة من حيث المساحة مقارنةً بذاكرة DRAM العادية، إلا أن خطوط الكلمات القصيرة تسمح بسرعات أعلى بكثير، مما يُمكّن المصفوفة من إجراء عملية استشعار وشحن مسبق كاملة (دورة RAS) لكل عملية وصول، موفرةً وصولًا عشوائيًا عالي السرعة. يتم الوصول إلى بنك واحد في كل مرة، مما يسمح بتحديث البنوك غير المستخدمة في الوقت نفسه. بالإضافة إلى ذلك، يتم نسخ كل صف يُقرأ من البنك النشط إلى ذاكرة التخزين المؤقتة SRAM بحجم البنك . في حالة الوصول المتكرر إلى بنك واحد، والذي لا يسمح بوقت كافٍ لدورات التحديث، هناك خياران: إما أن تكون جميع عمليات الوصول إلى صفوف مختلفة، وفي هذه الحالة سيتم تحديث جميع الصفوف تلقائيًا، أو أن يتم الوصول إلى بعض الصفوف بشكل متكرر. في الحالة الأخيرة، توفر ذاكرة التخزين المؤقتة البيانات وتتيح الوقت لتحديث صف غير مستخدم من البنك النشط.

صدرت أربعة أجيال من ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة أحادية الترانزستور (1T-SRAM):

SRAM الأصلي 1T

حجمها نصف حجم ذاكرة 6T-SRAM تقريبًا، واستهلاكها للطاقة أقل من النصف.

1T-SRAM-M

نسخة ذات استهلاك أقل للطاقة في وضع الاستعداد، لتطبيقات مثل الهواتف المحمولة.

1T-SRAM-R

تتضمن هذه التقنية تصحيح الأخطاء (ECC) لتقليل معدلات الأخطاء العابرة . ولتجنب زيادة المساحة، تستخدم خلايا بت أصغر، والتي تتميز بطبيعتها بمعدل خطأ أعلى، ولكن تقنية تصحيح الأخطاء تعوض ذلك بشكل كبير.

1T-SRAM-Q

تستخدم هذه النسخة "رباعية الكثافة" عملية تصنيع غير قياسية بعض الشيء لإنتاج مكثف مطوي أصغر، مما يسمح بتقليل حجم الذاكرة إلى النصف مقارنةً بذاكرة 1T-SRAM-R. وهذا يزيد قليلاً من تكاليف إنتاج الرقاقات، ولكنه لا يتعارض مع تصنيع ترانزستورات المنطق كما تفعل بنية مكثفات ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية التقليدية.

تتمتع ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة أحادية الترانزستور (1T-SRAM) بسرعة مماثلة لذاكرة الوصول العشوائي الثابتة سداسية الترانزستور (6T-SRAM) (عند كثافات متعددة الميغابت). وهي أسرع بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية الإلكترونية (eDRAM)، كما أن النسخة ذات الكثافة الرباعية أكبر قليلاً فقط (بنسبة 10-15% حسب الادعاء). في معظم عمليات تصنيع الرقائق، تتطلب التصاميم التي تستخدم ذاكرة eDRAM أقنعة وخطوات معالجة إضافية (ومكلفة)، مما يعوض تكلفة شريحة 1T-SRAM الأكبر حجمًا. علاوة على ذلك، تتطلب بعض هذه الخطوات درجات حرارة عالية جدًا، ويجب إجراؤها بعد تشكيل ترانزستورات المنطق، مما قد يؤدي إلى تلفها.

تتوفر ذاكرة 1T-SRAM أيضًا على شكل دوائر متكاملة (IC). كان جهاز GameCube أول نظام ألعاب فيديو يستخدم ذاكرة 1T-SRAM كذاكرة تخزين رئيسية؛ ويحتوي على العديد من وحدات 1T-SRAM المخصصة. كما تُستخدم ذاكرة 1T-SRAM في جهاز Wii ، الذي خلف GameCube .

هذا ليس هو نفسه 1T DRAM ، وهي خلية DRAM "بدون مكثف" مبنية باستخدام مكثف القناة الطفيلي لترانزستورات SOI بدلاً من مكثف منفصل.

تدّعي شركة MoSys الأحجام التالية لمصفوفات 1T-SRAM:

براءة الاختراع الأمريكية رقم 7,146,454 "إخفاء التحديث في بنية 1T-SRAM"* (من شركة Cypress Semiconductor ) تصف نظامًا مشابهًا لإخفاء تحديث DRAM باستخدام ذاكرة تخزين مؤقتة SRAM.

• غلاسكوفسكي، بيتر ن. (13 سبتمبر 1999). "شركة MoSys تشرح تقنية 1T-SRAM: بنية فريدة تخفي خاصية التحديث، وتجعل ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية تعمل مثل ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة" (ملف PDF) . تقرير المعالجات الدقيقة . 13 (12) . تاريخ الاسترجاع: 6 أكتوبر 2007 .
• جونز، مارك-إريك (14 أكتوبر 2003). ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة رباعية الكثافة 1T-SRAM-Q: تقنية الكثافة الرباعية تحد من متطلبات الذاكرة المتزايدة (ملف PDF) (تقرير). شركة MoSys . تاريخ الاسترجاع: 6 أكتوبر 2007 .
• الصفحة الرئيسية لـ MoSys
• تُظهر براءة الاختراع الأمريكية رقم 6,256,248 مصفوفة DRAM في قلب 1T-SRAM.
• تستخدم براءة الاختراع الأمريكية رقم 6,487,135 مصطلح "1T DRAM" لوصف المكونات الداخلية لـ 1T-SRAM.
• يوثز، تيكفور (16 ديسمبر 2002). "وحدات ماكرو SRAM أحادية الترانزستور مُهيأة مسبقًا لدمج سريع في تصميمات أنظمة على رقاقة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2020 .
• كاتالدو، أنتوني (16 ديسمبر 2002). "إن إي سي وموسيس تتجاوزان حدود ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المدمجة" . مجلة إي إي تايمز . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0192-1541 . تاريخ الاسترجاع: 6 أكتوبر 2007 .