A legfejlettebb chipgyártók, köztük az Intel és a TSMC, nemrég bemutatták legújabb SRAM-technológiáikat. Az egyre kisebb és hatékonyabb áramkörök fejlesztése lelassult az elmúlt években, különösen igaz ez az SRAM (statikus véletlenszerű elérésű memória) esetében, amely nagyméretű memóriacellákból és támogató áramkörökből áll.
A két vállalat legnagyobb sűrűségű SRAM blokkjai 38,1 megabit/négyzetmilliméter térfogatot értek el, memóriacelláik pedig mindössze 0,021 négyzetmikrométeresek. Ez az Intel esetében 23 százalékos, a TSMC-nél pedig 12 százalékos fejlődést jelent. Meglepetésre a Synopsys is bemutatott egy SRAM dizájnt, amely a korábbi generációs tranzisztorokkal érte el ugyanezt a sűrűséget, de annak működési sebessége kevesebb mint a fele volt a versenytársakénak.
A nanolap tranzisztorok forradalma
Az Intel és a TSMC először alkalmazta az új nanolap tranzisztorokat SRAM-jaikban. A korábbi FinFET dizájnokkal szemben, ahol a tranzisztorok áramvezető csatornája egy uszonyszerű struktúrán haladt keresztül, a nanolap tranzisztorok esetében szilícium szalagok halmozódnak egymásra. Ezek szélessége cellánkként változtatható, amely rugalmasabb áramvezérlést tesz lehetővé.
A nanolap tranzisztorok az SRAM-cellák kisebb és hatékonyabb kialakítását eredményezték. Míg a FinFET technológiában a tranzisztorokat uszonyokkal kellett bővíteni a nagyobb áram előállításához, a nanolap tranzisztorok lehetővé teszik, hogy az egyes elemek fizikai méretét csökkentsék, miközben a teljes áramkapacitást növelik. Az Intel szerint ez a megoldás 23 százalékkal csökkentette a memóriacella területet.
Az Intel 18a nemcsak nanolap tranzisztorokat alkalmaz, hanem először integrálja a háttér tápfeszültség-ellátást (backside power delivery network) is. A hagyományos megoldásokban a tápfeszültséget hordozó interkonnektáló áramkörök a szilícium felett helyezkednek el, azonban a háttér tápmegoldás a szilícium alatt helyezi el a fő áramellátást, csökkentve az ellenállást és növelve a hatékonyságot. Ez ugyanakkor nem segít az SRAM-cella zsugorításában, épp ellenkezőleg: ha a háttér tápellátást bevezetnék a memóriacellákba, 10 százalékkal megnövelnék azok méretét.
A Synopsys áttörése
A Synopsys, amely főként áramköri tervezési eszközöket és áramköri dizájnokat kínál, szintén jelentős előrelépést mutatott be az SRAM sűrűség növelése terén. A cég egy új kétsínes tápfeszültség-architektúrát és egy kibővített tartományú szintmódosítót alkalmazott, amely jelentősen csökkentette az SRAM perifériás áramköreinek méretét. Ennek eredményeként a Synopsys SRAM sűrűsége elérte az Intel és a TSMC szintjét, de alacsonyabb sebességgel működött.
Míg az Intel leggyorsabb SRAM-ja 5,6 GHz-es, a TSMC-é pedig 4,2 GHz-es sebességet ért el, a Synopsys memóriája mindössze 2,3 GHz-cel működött. Ez azonban hosszútávon releváns lehet a tömeggyártott szilícium chipnél, hiszen az alacsonyabb feszültségen működő SRAM-ok kulcsszerepet játszanak az energiatakarékos MI-processzorokban.
A jövőben a nanolap tranzisztorokkal kombinált alacsony feszültségű dizájnok további fejlődést hozhatnak, amely lehetőséget ad az egyre kompaktabb és hatékonyabb memóriachipek fejlesztésére.
