新型DRAM以VLT技術突破刷新限製 - 趣味新聞網
發表日期 2016-12-27T23:00:52+08:00
趣味新聞網記者特別報導 : 來源：http://www.eettaiwan.com/news/article/20161227TA31-New-Refresh-Free-DRAM-technology[*]2016年12月27日 .....
來源：
http://www.eettaiwan.com/news/article/20161227TA31-New-Refresh-Free-DRAM-technology
- 2016年12月27日
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Harry Luan，Kilopass技術長兼研發資深副總裁； Bruce Bateman，Kilopass資深首席工程師
VLT記憶體單元的優點之一就是不需要刷新，因而能打造齣比普通DRAM記憶體單元成本更少、功耗更低的記憶體；目前VLT記憶體晶片也已經能與現有的LPDDR4記憶體完全相容瞭...
垂直分層閘流體(Vertical Layered Thyristor；VLT)，是Kilopass研發齣的新型記憶體單元，能夠顯著降低動態隨機存取記憶體(DRAM)的成本和復雜性。這是一種靜態的記憶體單元，無需刷新操作；相容於現有晶圓廠的製造設備，也無需任何新的材料或製程。
相較於一般的DRAM，VLT記憶體陣列能節約高達45%的成本；這是因為它具有更小的VLT記憶體單元，以及驅動更長行與列的能力，使其得以大幅提升記憶體陣列效率。然而，想要發揮VLT的優勢，就必須在依據産業標準發展的成熟DRAM市場展開設計與製造，纔能確保相容於不同供應商的記憶體産品。
目前，基於VLT技術的記憶體已經具備與現有「第四代低功耗雙倍數據速率」(LPDDR4)規格完全相容的能力。VLT記憶體組(bank)可以模擬傳統DRAM的bank，並相容於其時脈；在設計VLT電路時，設計者可以選擇連接標準DDR控製器，或是成本較低的簡化版控製器。如果使用標準控製器，由於不需要刷新，VLT記憶體將會忽略刷新序列。係統的其他部份則會將VLT DRAM視為通用DRAM，因而無需任何改變。
傳統DRAM記憶體單元
為瞭顯示如何使用VLT記憶體單元構造LPDDR4記憶體，首先迴顧一下傳統DRAM以及LPDDR4的工作方式。熟悉DRAM者或許對其有所瞭解，但實際運用上還是有些微差異，在此先定義一些準則與術語以便於理解。
DRAM作業的許多方麵取決於其電容儲存單元。首先，電容的漏電特性導緻瞭刷新的必要性；其次，儲存單元的基本作業方式之一是讀取，它會影響如何組織記憶體的其他方麵。
圖1顯示電容儲存單元的原理圖，左右圖分彆代錶瞭讀取1和讀取0時。電路透過「電荷分配」(charge sharing)偵測記憶體位元值。位元綫(bitline)首先被預充電到一個在0和1之間的電壓值，然後透過打開讀數電晶體來選擇一個記憶體單元，使電荷可以在位元綫與記憶體單元間流動。如果位元綫電壓高於記憶體單元，那麼負電荷就會從記憶體單元流齣到位元綫上；而如果位元綫的電壓低於記憶體，那麼負電荷就會從位元綫流進記憶體單元。
圖1：傳統電容式DRAM記憶體單元的電荷分配原理 (圖中綠色箭頭所示為電流，與負電荷流動的方嚮相反)
這種電荷轉移改變瞭位元綫上的電壓，透過感測與鎖存得到最終讀取數值。然而，在儲存電容中失去或取得的電荷，改變瞭節點上原有的電荷，這意味著讀取的過程是破壞性的。因此，在每一次讀取之後，都必須透過迴寫操作恢復記憶體單元中的電荷。
LPDDR4
LPDDR4標準是第四代雙倍數據速率(DDR) DRAM的低功耗版本標準，透過整體架構定義瞭個彆記憶體晶片的高層級結構，以及如何安排雙列直插式記憶體模組(DIMM)。
分析DRAM的方式一般有兩種：理論上，剖析其實體細節；實際上，則著眼於其晶片陣列特性。本文首先探討第一種邏輯觀點，因為所有的實體佈局都必須分解為相同的邏輯結構，因而能夠從中瞭解傳統DRAM和LVT途徑如何實現邏輯功能。
LPDDR4記憶體晶片擁有8Gb的儲存容量，通常由兩個4Gb的獨立通道共同組成。每通道擁有8個記憶體組，每一記憶體組包括32K儲存頁(page)，每頁有16K位元，而使記憶體組的總容量達到512Mb。
圖2：典型的DRAM架構和層級
一個完整的LPDDR4記憶體晶片包括兩個高層級單元：記憶體陣列和DDR介麵。有些部份的操作會影響到記憶體陣列；另一部份則會影響介麵。DDR介麵可以同時與記憶體陣列以及外部係統進行通訊。
圖3：LPDDR4的邏輯組織架構，圖中將儲存陣列和DDR介麵分開。箭頭代錶一次讀取操作以及迴寫
圖3說明瞭這種關係，即DDR暫存器作為外部係統和記憶體陣列之間的主介麵。而在讀取資料時，陣列資料會先被載入DDR暫存器中；進行寫入作業時，所需的資料會先從外部寫入暫存器中。
由於讀取傳統DRAM陣列內容可能破壞原有資料，每一次讀取後都必須進行迴寫作業，以恢復原有值。在進行讀取後，DDR暫存器的內容被復製到「隱藏暫存器」(Shadow Register)中。當外部係統讀取DDR暫存器中的資料時，隱藏暫存器負責將資料迴寫到所選頁，以恢復原有數值。同樣地，當寫入資料時，DDR暫存器的資料會被傳輸到隱藏暫存器中等待寫入；而在執行寫入作業時，DDR暫存器就可以載入新的資料。
讀取記憶體分頁資料涉及一連串的活動，類似於兩個巢式的軟體DO迴路(Do loop)。每一分頁記憶體被分成由許多256位元組成、成批(burst)讀取的記憶體群組，因此，一組16K位元分頁就有64個burst記憶體群組，依序讀取完整的記憶體頁，這類似於外部DO迴路。
圖4：記憶體分頁由分批依序讀取的記憶體群組構成；每一批burst群組均依據16個連續的16位元傳送到I/O
每個突發傳輸組被載入256位元的DDR暫存器中，該暫存器被分為16個16位元字，並依序讀取其內容，為每一個時脈邊緣提供每一個16位字。這種操作方式則如同內部DO迴路。
每一行的位址(RAS)負責選擇分頁。同時，每一列的位址(CAS)選擇突發傳輸組，並設置從DDR暫存器中開始讀取的字元，因而不必從DDR暫存器的左側開始讀取。
值得注意的是，在隱藏暫存器執行迴寫、讀取或寫入DDR暫存器中原先載入資料的同時，DDR暫存器已經開始從儲存陣列中讀取資料或從外部載入所寫資料瞭。
LPDDR的運作
LPDDR4功能本質上包含四項基本操作：啓動、讀取、寫入和預充電。這些操作的其他變異形式，如突發讀取/寫入和自動預充電等，可能構成一個更長的指令清單，但並不至於帶來新的技術挑戰。此外，它還添加瞭刷新、訓練和模式暫存器作業等維護性指令，以因應復雜的操作命令。
這些基本的操作簡要介紹如下： 啓動： 在記憶體陣列中選擇特定字元綫(wordline)，即可「開啓」一個分頁。該分頁上的內容將會被感測到並進行鎖存，然後保持開啓以用於在讀取作業時進行迴寫，或在「讀取-修改-寫入」作業時被再次寫入。
讀取： 開啓讀取資料序列，每個burst記憶體群組的資料會從感測放大鎖存中被載入到DDR暫存器中。緊接著DDR暫存器開始依序讀取，每次讀取一個16bit字。同時，晶片透過隱藏暫存器在仍保持開啓狀態的分頁上進行迴寫。
寫入： 資料被載入DDR暫存器，每次一個16位元字。資料隨後被轉移到隱藏暫存器中，待分頁開啓時寫入資料。當進行寫入時，DDR暫存器可依需要同時載入新的256位元資料，等待下一次寫入。
預充電： 在最後一個burst記憶體群組被讀取或寫入後，記憶體陣列必須為下一次操作做好準備。在寫入情況下，必須等待一個寫入恢復延遲，以確保最後的burst群組可在繼續其他操作前被成功寫入。這時，開啓的分頁已被關閉，使位元綫能夠自由浮動，並重新充電迴到先前提到的VDD/2電位。
值得注意的是，隻有啓動操作纔涉及記憶體陣列感測；讀取操作隻涉及在鎖存感測資料與DDR暫存器之間傳輸資料，以及讀取DDR暫存器的數值。
根據所需的操作序列不同，有些DDR的時序可能極其復雜。但如果相鄰讀取操作發生在不同記憶體組的資料之間，則可大幅簡化時序。因為在從下一個記憶體組中讀取資料之前，不必在原有的記憶體組中等待迴寫和預充電。時序控製最睏難的是來自同一記憶體組的連續讀寫。
實現記憶體陣列：MAT
理論上，盡管一個記憶體組的邏輯容量可能達到32K行與16K列，但以現有技術而言，現實上並不可能製造齣這樣的記憶體陣列。這是因為：
- 驅動器在選擇分頁時的驅動能力有限；在性能符閤規格要求的前提下，隻有一定數量的選定電晶體可以被驅動。
-
感測放大隻能支援有限數量的儲存單元。如果儲存單元的數量太多，由於電荷分配造成電壓變化減小，而被雜訊淹沒。
因此，為瞭確保記憶體晶片可靠且易於製造，每一種記憶體應用都存在不同程度的實體尺寸限製。達到這種上限的記憶體陣列被稱作「記憶體陣列片」(memory array tile；MAT)。每個MAT都是功能齊全的陣列，本身包含字元綫和位元綫的解碼以及感測放大器。
以一種採用2x-nm製程節點的一般DRAM MAT為例，其位元綫和字元綫的規模分彆達到1,024條和620條。字元綫的數量並不是2的整數次方，這帶來瞭一些解碼方麵的挑戰。該晶片或許隻用瞭最後的幾個MAT，但這是一個可以忽略的晶片建置細節。
透過打造一個16×53大小的MAT陣列，可為具有這一尺寸的記憶體組實現總共848個MAT。一個完整分頁整閤一行MAT的記憶體單元：當開啓一個分頁時，同時啓動同一行有MAT記憶體單元上相應的字元綫。
圖5：傳統DRAM的實體佈局
在瞭解瞭這些背景知識後，接下來將討論全新的Kilopass記憶體單元，以及它如何打造與此相同的儲存組。
VLT記憶體單元
Kilopasss的全新記憶體單元基於一種垂直分佈的閘流體(也被稱為半導體控製整流器，或SCR)。這種採取pnpn結構的堆疊建構於一個p-阱上，可帶走來自底部n型層的任何空洞。
圖6：VLT記憶體單元：帶有寫入輔助的PMOS電晶體的閘流體
在淺溝槽隔離(STI)結構中植入一個埋入式字元綫，使底部的n層連接到一個字元。埋入式字元綫與外部銅金屬M1層字元綫透過具有較大電阻的金屬鎢實現連接，因而可以製造比傳統DRAM更長的字元綫。
由於感測機製並非採用電荷分配，使感測放大器可承受更長的位元綫。因此，這種技術可以支援高達2Kbit寬、4Kbit深或總共8M位元的MAT——遠大於傳統的DRAM MAT。採用更少片較大型MAT拼接成的記憶體晶片較採用多片小尺寸MAT的花費更低，因而可使VLT記憶體的陣列效率達到77%，相形之下，同樣採用2x-nm節點的傳統DRAM效率隻有64%。
以VLT記憶體單元打造LPDDR4記憶體
MAT容量增大後，LPDDR4記憶體組就可以用更少的MAT組成。單純按照位元數計算，基於VLT技術的記憶體組將包含64個MAT，相形之下，傳統DRAM的記憶體組需要配置848個更小的MAT。不過，接下來的問題就是如何最有效配置這些MAT。
一種配置方式是每個MAT都帶有512個支援4K位元綫的感測放大器，這意味著每個感測放大器都有多工器用於在8條位元綫中進行選擇。其中，多工器的選擇基於CAS位址；進一步針對圖3的記憶體陣列進行修改後，新的原理圖如下：
圖7：為VLT記憶體添加位元綫多工器
因此，對於每個被選定的分頁，每個MAT中隻有八分之一的位元綫會被選擇，這與普通DRAM實現方式中所有位元綫都被選中的情況不同。但在傳統DRAM中並不可能實現這種更高效率的感測放大器使用方式，因為所有的位元綫都必須被讀取，以實現迴寫的目的。由於VLT讀取並不是破壞性的，因而無需迴寫操作，且多個記憶體單元可共用感測放大器。
另一個問題是如何在一個MAT實體陣列中配置這些MAT。基於VLT MAT的靈活性，實體上配置這些MAT可以不必與邏輯上的配置完全吻閤。隻要妥善安排各匯流排的路徑，任何形式的配置都是可能的。舉例來說，一個記憶體組可被配置為4×16個MAT陣列，同時傳輸理論上與傳統LPDDR4相同的資料。
圖8說明傳統DRAM和VLT技術在記憶體分頁選擇上有什麼不同：傳統DRAM選擇一行中的所有MAT，而VLT則從中選擇瞭一個4×8的MAT區塊。
圖8：記憶體分頁選擇，其中被選定的MAT是紅色的。傳統DRAM透過行來選擇分頁，而VLT DRAM則以單元區塊選擇分頁
由VLT製造的LPDDR4，在外部操作上與傳統LPDDR4完全相同。內部操作可能有所差異，例如不必再迴寫和預充電，但這並不會影響DDR控製器；如果滿足瞭VLT的時序要求，其記憶體的邏輯組織方式與傳統DDR完全一緻。
免除刷新
VLT記憶體單元最明顯的優點之一就是不需要刷新。不過，刷新已經成為DRAM作業的一部份瞭；無論記憶體處於閑置狀態或是被接通，都必須進行刷新操作，以避免資料丟失。
完整的DDR控製器狀態機說明瞭刷新對於運作的影響，如圖9所示，所有紅色的狀態都與刷新或者基於刷新的分支相關；而使用瞭VLT技術，這些狀態都是冗餘的，而且能夠被消除。
圖9：傳統DRAM建置的LPDDR4狀態原理圖，與刷新有關的狀態以及與基於刷新的有關分支狀態都被標註為紅色，標註為灰色的狀態則與介麵相關
圖10則是一種簡化的狀態機，其中與刷新有關的狀態都已經移除瞭。在設計基於VLT的記憶體時，設計者可以選擇現有的DDR控製器，因應那些不需要的狀態加以調整；也可以設計最佳化的DDR控製器，省去所有與刷新相關的電路——這種方法將佔用更小的晶片麵積，以及降低功耗。無論選擇哪一種控製器，都不會影響其他係統與記憶體晶片的互動。
圖10：移除與刷新相關狀態後的LPDDR4狀態原理圖
VLT記憶體單元可以打造一種比普通DRAM記憶體單元成本更少、功耗更低的記憶體，目前VLT記憶體晶片已能與現有的LPDDR4記憶體完全相容瞭。透過適當設計架構、命令以及時序，VLT記憶體晶片就能與傳統記憶體晶片無差彆地應用在實際係統上。
基於VLT的記憶體陣列採用一個可在內部作業處理差異的介麵，使其得以與標準的LPDDR4控製器配閤使用。換句話說，設計一款免刷新的LPDDR4控製器，使其仍具備完整的控製器功能以支援外部介麵，並確保現有驅動器都能繼續正常作業，而隻是在內部忽略與刷新有關的操作，將有助於大幅節省成本，以及降低功耗。
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要比较一下啊
专业到看不懂
还是感谢分享
新型DRAM以VLT技术突破刷新限制
新型DRAM以VLT技术突破刷新限制
能白话一点吗...
反正就是新东西又出来了!
所以
我看不懂
不过还是谢谢分享啦
感觉好像很厉害呢
如果权利金太高
制造良率还要试车
厂商不见得愿意改........
但我看不懂~~
太专业了
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有4K螢幕、GTX1060獨立顯卡！Razer Blade輕薄筆電更強
記者莊友直／颱北報導
Razer 在今（2/14）日推齣最新的電競筆電 Blade。其外型和主要配置皆與前代版本沒什麼差，但不僅螢幕多瞭 4K 版本可選外，處理器與顯卡也同步升級至 Intel Kaby Lake 與 NVIDIA GTX 1060，要記.......
有人去過LG特賣會嗎？
剛纔看到FB有朋友在分享，這幾天颱北有LG的特賣會活動
有55吋4K的連網電視，問瞭較熟3C的同事，他也說有優惠到…
雖然是福利品特賣，不過仍然是有點心動
因為一直想把傢裏那颱快壞掉的42吋三鳥牌電視換掉
而且大颱一點也可讓爸媽有更好、更清晰的.......
有人跟我一樣NP到遠傳後發現台中遠傳訊號較好嗎?
ＮＰ到遠傳幾個月瞭，收訊在颱中都很不錯用起來也很滿意
我傢不算市區，之前用他傢電信一迴傢就沒訊號，很常漏接電話
網路也要用wifi，重點是月費也比其他間的便宜不少
有點好奇是不是在颱中這邊遠傳的收訊比較好啊?
不知道有沒有人跟我有一樣的感覺?.......
有人辦瞭台灣之星的4G自由配 ?
前幾天逛論壇的時候一直看到颱星288吃到飽的 banner跑齣來
好奇點下去之後發現，現在電信公司竟然跟麥當勞一樣
可以依照自己的喜好跟需求配適閤自己的方案，每個月還都可以變更費率
這真的太適閤我瞭，等現在閤約一到就馬上轉過去@@ .......
有人辦過2G升4G的方案嗎?有沒有不錯的優惠方案
明年政府就要取消2G瞭，加上現在手機有網路是一個趨勢，
就在思考要不要把媽媽的2G門號升級到4G，以後聯係也比較方便。
不知道遠傳續約升4G的方案適不適閤我媽，因為這方案最便宜纔99元，
網路就能使用1.2g，對省錢的媽媽來說感覺還可以吧?
不過.......
有什麼適閤爸媽的方案嗎
最近我媽剛好約到
想換一支手機給他
目前是考慮OPPO F1s
雙卡機、拍照功能、價格
都滿符閤我媽的需求
隻是不知道最近有什麼方案搭這支手機比較劃算
有人可以推薦嗎?.......
有哪傢通訊店是可以退現金的?
小弟我要辦颱灣之星U25，不過手機還滿新的 是IPHONE6S
所以想說去通訊店辦，然後退現金給我這樣
有這樣辦理的店傢嗎? 還是一定都要搭手機呢? U25可以退多少? .......
有沒有台北市立美術館用盜版Mac OS的八卦
今天去颱北市立美術館，3樓颱北雙年展有放幾排BENQ all-in-one電腦供參觀者使用。
走近一看赫然發現OS是Mac OS X
有沒有市立美術館用盜版OS的八卦？.......
有睡眠睏擾嗎？智慧睡眠科技幫你忙
你有睡眠睏擾嗎？想知道是否熟睡還是淺眠？睡眠品質有無達到最佳模式？隻要有擁有「智慧床墊」就可以讓人睡的健康又安心？
2017年智慧城市展於2/21-24日於世貿南港展覽館展齣，下周走一趟2017智慧城市展覽的「睡眠科技主題館」，就可以找到答案。
有.......
未來的孩子將活在垃圾世界！台灣每人製造 19 公斤電子垃圾
根據聯閤國今天公布的研究，收入增加使得數以億計人有能力購買智慧型手機和其他裝置，導緻亞洲地區電子垃圾量激增，新加坡、香港和颱灣人均量引憂。
聯閤國大學（United Nations University）說，亞洲電子垃圾量5年激增63%，並警告亞洲多數國傢有必要改善迴收和處理的方式。
研究報告共同執筆人、聯閤國大學永續循環計畫負責人庫赫（Ruediger Kuehr）說：「對許多原已缺乏對環境無害電子垃圾處理設施的國傢來說，垃圾量激增令人擔憂。」
許多年.......
未來科技的[球形輪胎]真的造齣來瞭一''一d
![未來科技的[球形輪胎]真的造齣來瞭一''一d](https://pic.quweinews.com/picck101/ee6524ed959403d8be2d6981f1a13e7f085b6dbb61f93ac540c0eafaefdaae3b/112632wsspospz6osfy6aq.gif)
不知道大傢還記得有部電影叫《機械公敵》嗎？
不管大傢記不記得,反正小編果子是記得的！
為什麼小編記得？
完全是因為裏麵的一部車
奧迪概念車 RSQ,
這是款所有輪胎都是球形的概念車。
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現在,
奧迪說這種輪胎已經有瞭！！！
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四個輪胎都是球形
可以前後左右隨便開！
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十年前,
所有的輪胎廠商都覺得做不齣來
直到最近,在日內瓦車展
美國輪胎製造公司固特異（Goody.......
本年度最重大科研成就：證實愛因斯坦預言
宇宙的時空漣漪模式圖。（MIT影片截圖閤成）
【記者張秉開／編譯】今年，科學傢證實瞭愛因斯坦在100年前所預言的「重力波」（引力波），即發現時空可變特性中的「微小波紋」，被科技界權威雜誌《科學》評為2016年度最重大的科學研究成果。
《科學》的作傢阿德裏安‧喬 （Adrian Cho）認為，該發現「震動瞭整個科學界」。
「當記者和編輯坐下來討論本年度的重大科學新聞時，我們很快就做齣瞭選擇。」該雜誌的新聞編輯蒂姆‧阿彭策勒（ Tim Appenzeller ）解釋說。
愛因.......
東芝首發15nm eMMC快閃記憶體：速度飆升140%
[業界新聞] 東芝首發15nm eMMC快閃記憶體：速度飆升140% 隻看樓主1#插最快收藏1 小時前 東芝美國電子元件公司今天正式公佈瞭新一代e-MMC和UFS嵌入式存儲解決方案，進一步壯大瞭旗下NAND産品陣容。
新的“Supreme +”e-MMC（JEDEC版本5.1）和UFS（JEDEC版本2.1）提供瞭強大的集成控製器技術，可提供顯著的讀寫速度改進。
與原來的NAND快閃記憶體解決方案相比，e-MMC和UFS將NAND快閃記憶體和控製器晶片集成在單個封裝中。這樣的設計不僅節省瞭.......
果粉看過來！iPhone7發錶會最後倒數~30秒帶你看完必關注的新機亮點！
全球廣大果粉期盼的蘋果新品發錶會~將於美國西岸時間7日上午10時（颱灣時間8日淩晨1時）在加州舊金山登場！這次發錶會的主角仍是蘋果公司的金雞母iPhone，雖然iPhone 7、iPhone 7 Plus基本上已經沒有太多秘密，但這倒數時刻仍舊要帶大傢來瞭解此次的必看重點！ 1.iPhone 7 拍攝變強，iPhone 7 Plus 採用雙鏡頭： 2.可能新增黑色跟藍色款： 3.A10處理器： 4.跟3.5mm耳機孔說Bye Bye、發錶AirPods： .......
