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了解记忆

内部观察不同的内存类型和它们是如何工作的。

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新的半导体应用正在不断改变和改善我们的生活,从新的智能手机和可穿戴设备到医疗保健、工厂自动化和人工智能。在后台工作的不起眼的内存芯片在实现这些技术方面起着关键作用。比如,你刚拍的那张超赞的照片就会因为没有记忆而永远消失。如果没有内存的帮助,你的电脑就无法执行你给它的指令——比如“打开这个文档”或“在我的电子表格中添加一列”。每次你点击“保存”,你刚刚创建的数据就会进入长期存储(内存)。虽然这些例子可能是显而易见的,但你是否想过记忆是如何工作的?在这篇技术简报中,我们将从高层次了解这项重要技术的基础知识。

记忆101.
逻辑芯片就像电子设备的“大脑”,使用数学运算来执行功能,而存储芯片则存储数据。存储芯片的基本组成部分是一个单元,一个带有电容(以电荷的形式存储数据)和一个或多个晶体管(激活数据)的微型电路。电容器被充电或放电,对应于两个可能的数据值(“1”或“0”),其中最小的数据单位称为“位”。

细胞排成一行,并有一个位线结构,连接到存储器“地址”称为字线。地址提供了一种识别数据存储位置的方法,字线形成了一条电路径,允许该行上的所有存储单元同时被激活进行存储(“写”)或检索(“读”)。数据访问是通过电子信号(行地址频闪(RAS)和列地址频闪(CAS))发起的,它们一起确定了数组中的单元的位置。如果电荷存储在选定单元的电容中,这些信号导致晶体管传导,将电荷转移到连接的位线上,导致电压轻微上升,读数为“1”。

记忆的分类
内存技术通常根据数据的存储方式(易失性或非易失性)和访问方式(随机或顺序)来分类。就功能而言,有两大类内存:主内存(主内存或内存),它是工作于数据的活动类型,以及辅助内存(数据存储),它提供长期存储。

对于内存,速度至关重要,因为它包含当前正在使用的数据和/或更改。想象一下,当您的智能手机的GPS应用程序无法及时转向时,您最喜爱的视频游戏每次移动或丢失转动时都会停止。高速缓存,主内存的子集,具有最高的速度要求,因为它存储等待执行的指令。DRAM是主要用于主记忆的最常用技术,因为它的速度和能力单独访问最小的数据单位,这是关键要求。

对于存储,保留照片和文档等数据,数据完整性和存储寿命远远超过速度。如今,存储设备的容量可以在Terabyte范围内(这是一千千兆字节或一百万百万或1012字节)。闪存是用于存储的主要类型。在这里,鉴于不断增长的需求能够保留大量数据,可以保持数据和具有成本效率的制造的能力很重要。

动态随机存取记忆体
对于主存储器,DRAM(动态随机存取存储器)是当前标准。DRAM是一种易失性存储器,这意味着它需要能够保留数据。“动态”是指电容器(数据泄漏)的缓慢放电,在那里,周期性地需要刷新以保留数据。这少于理想,因为它消耗了额外的力量并且需要高耐力(能够读写许多次数)。“随机访问”表示达到任何内存地址需要相同的时间。这提供了与较慢的顺序(在存储数据中存储的订单数据中)访问NAND闪存和其他存储类技术的数据访问。另一个速度优势是DRAM是可变的,其中新数据可以直接覆盖现有的存储信息(无需擦除步骤)。DRAM也是可寻址的,允许访问各个数据等,而不仅仅是更大的块(通常称为“页面读取”),这对于主存储器很重要。

DRAM的微小电容器 - 一个晶体管设计使其成为将许多存储单元填充到小区域中以实现高密度和高存储容量的理想选择。事实上,数十亿个DRAM单元可以挤压到单个存储器芯片上。多年来,通过使用单通光刻缩小装置特征来进行速度,容量和功率改进。为了继续缩放,多个图案化 - 涉及额外的光刻通行证和沉积和蚀刻序列 - 现在补偿光刻分辨率限制。即便如此,可以仅制作DRAM电容器,仍然能够存储充电(数据)。而且,设备越小,它越容易受到电漏。

闪存
闪存是一种非易失性存储器(在关闭电源后保留数据)用于数据存储。这两种类型,也不是NAND,从单元中使用的逻辑门类型获取其名称。NOR FLASH读取并一次写入一个单词(一次一个内存芯片中的所有单元)或字节,允许随机访问每个地址。NAND Flash管理更大量的数据,并且速度快于,但在存储新数据之前必须首先删除现有数据。既不像DRAM一样快,它们也不是可寻址的或比特可变的,因此它们不提供主要内存所需的性能。

NAND芯片比NOR芯片小,所以它可以达到更高的密度,而且制造成本更低。因此,NAND闪存已经成为大容量存储类内存的支柱,它被用于存储卡、USB驱动器和固态驱动器等日常产品,如电脑、数码相机、智能手机和其他移动设备。当DRAM仍在推进平面(水平)缩放以增加容量时,NAND已经通过垂直的方式实现密度缩放,就像3D NAND一样。在这里,存储单元是通过向上而不是向外增加的,晶圆上的空间和无法进一步缩小器件的特性限制了密度。当然,设计一个全新的结构,包括翻转电池或开发制造电池所需的新工艺,并不是一件简单的事情。要了解更多关于垂直缩放和3D NAND的信息,请查看我们的技术简报,3D NAND让记忆“成长”。

新的记忆
尽管DRAM可能还需要几代人的改进,但一些替代方案正在探索中。例如,行业正在讨论未来可能的3D架构。同样,一些针对存储类应用程序的破坏性内存技术正在开发中。请继续关注我们即将发布的技术简报,“新记忆的基本知识”,将探索这些新的记忆类型——它们是如何工作的,它们的应用,以及在开发这些有前景的技术中面临的挑战。

与此同时,我们希望对内存类型和应用程序进行简要审查,并有助于澄清各种区别。下次您读取易失性或非易失性的内存时,使用随机访问或顺序读取,或涉及其他类别,您将更好地了解其分类和可能的应用程序 - 只要您能记得所有这些...



9日评论

C.S. Pawl. 说:

很好解释。谢谢你!

Joselito Figuracion. 说:

谢谢这是一个非常好的洞察力。

迈克尔 说:

谢谢。容易明白。

Jase 说:

图中是什么类型的晶体管?

迈克尔明梁刘 说:

只要你可以记住这一切......

做得好。

vansessa霁 说:

很清楚吗?你能解释一下并行和串行Nor flash之间的区别吗?

皇家Doyce 说:

内存IC描述请

克里斯 说:

至少现在已经扩大了理解
计算机记忆致谢亚历克斯

马吕斯Pehk 说:

精彩的解释,谢谢!

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