一文通解基于VLT技術(shù)的新型DRAM內(nèi)存單元

　　讀取內(nèi)存分頁數(shù)據(jù)涉及一連串的活動(dòng)，類似于兩個(gè)巢式的軟件DO回路(Do loop)。每一分頁內(nèi)存被分成由許多256字節(jié)成、成批(burst)讀取的內(nèi)存群組，因此，一組16K位分頁就有64個(gè)burst內(nèi)存群組，依序讀取完整的內(nèi)存頁，這類似于外部DO回路。

　　圖4：內(nèi)存分頁由分批依序讀取的內(nèi)存群組構(gòu)成;每一批burst群組均依據(jù)16個(gè)連續(xù)的16位傳送到I/O。

　　每個(gè)突發(fā)傳輸組被加載256位的DDR緩存器中，該緩存器被分為16個(gè)16位字，并依序讀取其內(nèi)容，為每一個(gè)頻率邊緣提供每一個(gè)16位字。這種操作方式則如同內(nèi)部DO回路。

　　每一行的地址(RAS)負(fù)責(zé)選擇分頁。同時(shí)，每一列的地址(CAS)選擇突發(fā)傳輸組，并設(shè)置從DDR緩存器中開始讀取的字符，因而不必從DDR緩存器的左側(cè)開始讀取。

　　值得注意的是，在隱藏緩存器執(zhí)行回寫、讀取或?qū)懭隓DR緩存器中原先加載數(shù)據(jù)的同時(shí)，DDR緩存器已經(jīng)開始從儲(chǔ)存數(shù)組中讀取數(shù)據(jù)或從外部加載所寫數(shù)據(jù)了。

　　LPDDR的運(yùn)作

　　LPDDR4功能本質(zhì)上包含四項(xiàng)基本操作：啟動(dòng)、讀取、寫入和預(yù)充電。這些操作的其他變異形式，如突發(fā)讀取/寫入和自動(dòng)預(yù)充電等，可能構(gòu)成一個(gè)更長的指令列表，但并不至于帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，它還添加了刷新、訓(xùn)練和模式緩存器作業(yè)等維護(hù)性指令，以因應(yīng)復(fù)雜的操作命令。

　　這些基本的操作簡要介紹如下： 啟動(dòng)： 在內(nèi)存數(shù)組中選擇特定字符線(wordline)，即可“開啟”一個(gè)分頁。該分頁上的內(nèi)容將會(huì)被感測(cè)到并進(jìn)行鎖存，然后保持開啟以用于在讀取作業(yè)時(shí)進(jìn)行回寫，或在“讀取-修改-寫入”作業(yè)時(shí)被再次寫入。 讀取： 開啟讀取數(shù)據(jù)序列，每個(gè)burst內(nèi)存群組的數(shù)據(jù)會(huì)從感測(cè)放大鎖存中被加載到DDR緩存器中。緊接著DDR緩存器開始依序讀取，每次讀取一個(gè)16bit字。同時(shí)，芯片透過隱藏緩存器在仍保持開啟狀態(tài)的分頁上進(jìn)行回寫。 寫入： 數(shù)據(jù)被加載DDR緩存器，每次一個(gè)16位字。數(shù)據(jù)隨后被轉(zhuǎn)移到隱藏緩存器中，待分頁開啟時(shí)寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)行寫入時(shí)，DDR緩存器可依需要同時(shí)加載新的256位數(shù)據(jù)，等待下一次寫入。 預(yù)充電： 在最后一個(gè)burst內(nèi)存群組被讀取或?qū)懭牒?，?nèi)存數(shù)組必須為下一次操作做好準(zhǔn)備。在寫入情況下，必須等待一個(gè)寫入恢復(fù)延遲，以確保最后的burst群組可在繼續(xù)其他操作前被成功寫入。這時(shí)，開啟的分頁已被關(guān)閉，使位線能夠自由浮動(dòng)，并重新充電回到先前提到的VDD/2電位。

　　值得注意的是，只有啟動(dòng)操作才涉及內(nèi)存數(shù)組感測(cè);讀取操作只涉及在鎖存感測(cè)數(shù)據(jù)與DDR緩存器之間傳輸數(shù)據(jù)，以及讀取DDR緩存器的數(shù)值。

　　根據(jù)所需的操作序列不同，有些DDR的時(shí)序可能極其復(fù)雜。但如果相鄰讀取操作發(fā)生在不同內(nèi)存組的數(shù)據(jù)之間，則可大幅簡化時(shí)序。因?yàn)樵趶南乱粋€(gè)內(nèi)存組中讀取數(shù)據(jù)之前，不必在原有的內(nèi)存組中等待回寫和預(yù)充電。時(shí)序控制最困難的是來自同一內(nèi)存組的連續(xù)讀寫。

　　實(shí)現(xiàn)內(nèi)存數(shù)組：MAT

　　理論上，盡管一個(gè)內(nèi)存組的邏輯容量可能達(dá)到32K行與16K列，但以現(xiàn)有技術(shù)而言，現(xiàn)實(shí)上并不可能制造出這樣的內(nèi)存數(shù)組。這是因?yàn)椋?/p>

　　? 驅(qū)動(dòng)器在選擇分頁時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力有限;在性能符合規(guī)格要求的前提下，只有一定數(shù)量的選定晶體管可以被驅(qū)動(dòng)。

　　? 感測(cè)放大只能支持有限數(shù)量的儲(chǔ)存單元。如果儲(chǔ)存單元的數(shù)量太多，由于電荷分配造成電壓變化減小，而被噪聲淹沒。

　　因此，為了確保內(nèi)存芯片可靠且易于制造，每一種內(nèi)存應(yīng)用都存在不同程度的實(shí)體尺寸限制。達(dá)到這種上限的內(nèi)存數(shù)組被稱作“內(nèi)存數(shù)組片”(memory array tile;MAT)。每個(gè)MAT都是功能齊全的數(shù)組，本身包含字符線和位線的譯碼以及感測(cè)放大器。

　　以一種采用2x-nm工藝節(jié)點(diǎn)的一般DRAM MAT為例，其位線和字符線的規(guī)模分別達(dá)到1，024條和620條。字符線的數(shù)量并不是2的整數(shù)次方，這帶來了一些解碼方面的挑戰(zhàn)。該芯片或許只用了最后的幾個(gè)MAT，但這是一個(gè)可以忽略的芯片建置細(xì)節(jié)。

　　透過打造一個(gè)16×53大小的MAT數(shù)組，可為具有這一尺寸的內(nèi)存組實(shí)現(xiàn)總共848個(gè)MAT。一個(gè)完整分頁整合一行MAT的內(nèi)存單元：當(dāng)開啟一個(gè)分頁時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)同一行有MAT內(nèi)存單元上相應(yīng)的字符線。

　　圖5：傳統(tǒng)DRAM的實(shí)體布局

　　在了解了這些背景知識(shí)后，接下來將討論全新的Kilopass內(nèi)存單元，以及它如何打造與此相同的儲(chǔ)存組。