Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - FRAM - Сравнение с другими системами

Плотность

Главным определяющим фактором стоимости подсистемы памяти является плотность размещения компонентов. Уменьшение компонентов означает, что большее количество ячеек может уместиться в один чип, что в свою очередь означает, что за один раз из одной кремниевой пластины может быть произведено больше. Это повышает доход, что напрямую отражается на стоимости.

Ограничение снизу в этом процессе масштабирования — один из ключевых пунктов сравнения, что характерно для всех технологий вообще, масштабируемых до наименьших размеров ячейки и упирающихся в этот предел, что не позволяет им дальше дешеветь. FeRAM и DRAM схожи по своей конструкции, причем даже могут быть произведены на схожих линиях при схожих размерах. В обоих случаях нижний предел определяется величиной заряда, необходимой триггеру усилителя считывания. Для DRAM это превращается в проблему при 55 нм, так как при таком размере величина заряда, хранимого конденсатором, становится слишком маленькой для обнаружения. Пока неизвестно, может ли FeRAM быть уменьшена до аналогичного размера, так как плотность заряда на PZT-слое может не быть той же самой, что и у металлических электродов в обычном конденсаторе.

Дополнительным ограничением по размеру является то, что материал теряет сегнетоэлектрические свойства при сильном уменьшении. На данный момент ведутся исследования, посвященные проблеме стабилизации сегнетоэлектрических материалов; одним из решений, например, является использование молекулярных адсорбатов.

На данный момент, коммерческие решения FeRAM производятся по 350 нм и 130 нм процессам. Ранние модели требовали сдвоенных FeRAM-ячеек для хранения одного бита, что являлось причиной очень низкой плотности, но это ограничение впоследствии было преодолено.

Энергопотребление

Ключевым преимуществом FeRAM перед DRAM является то, что происходит между циклами чтения и записи. В DRAM заряд, расположенный на металлических электродах, утекает через изоляционный слой и управляющий транзистор, в результате чего исчезает совсем. Также в DRAM для хранения данных дольше нескольких мгновений каждая ячейка должна периодически считываться и перезаписываться, что получило название «регенерации». Каждая ячейка должна обновляться множество раз в секунду, что требует постоянного источника питания.

В отличие от этого, FeRAM требует питание только при реальном считывании или записи в ячейку. Значительная часть энергии, используемой DRAM, тратится на регенерацию, поэтому результаты измерений, на которые ссылаются разработчики TTR-MRAM, здесь также вполне уместны, свидетельствуя об энергопотреблении на 99 % ниже по сравнению с DRAM.

Еще одним типом энергонезависимой памяти является флеш-память, которая как и FeRAM не требует процесса регенерации. Флеш-память работает путем выталкивания электронов через высококачественный изолирующий барьер, где они улавливаются одним из концов транзистора. Этот процесс требует высокого напряжения, которое обеспечивается генератором подкачки заряда. Это означает, что FeRAM по своему устройству потребляет меньше питания, чем флеш-память, по крайней мере при записи, так как энергопотребление для записи в FeRAM лишь немного выше, чем при чтении. Для устройств, для которых характерно в основном чтение, различия будут и вовсе несущественными, но для устройств с более сбалансированным уровнем чтения/записи разница может быть гораздо значительнее.

Производительность

Производительность DRAM ограничена уровнем, при котором текущий заряд, хранимый в ячейках, может быть «слит» или сохранен. В общем случае, это ограничивается возможностями управляющих транзисторов, емкостью линий, подающих питание на ячейки, а также создаваемой температурой.

FeRAM основывается на физическом перемещении атомов при воздействии внешнего поля, что происходит чрезвычайно быстро, занимая прмерно 1 нс. В теории это означает, что FeRAM может быть быстрее DRAM. Однако, из-за того, что питание должно подаваться в ячейку при чтении и записи, различные задержки, связанные с подачей питания и переключениями, снизят производительность до сравнимого с DRAM уровня. По этой причине можно говорить о том, что FeRAM требует меньший уровень заряда, чем DRAM, так как чипы DRAM нуждаются в удержании заряда, тогда как FeRAM будет перезаписан прежде чем заряд будет слит. То есть, существует задержка при записи из-за того, что заряд должен пройти через управляющий транзистор, что накладывает свои ограничения.

В сравнении с флеш-памятью преимущества более очевидны. В то время как операции чтения схожи по производительности, для записи используется подкачка заряда, требуя значительное время для «настройки», а аналогичный процесс в FeRAM этого не требует. Флеш-памяти в общем случае требуется примерно 1 мс для записи бита, тогда как даже нынешние чипы FeRAM требуют в 100 раз меньше времени.

С теоретической производительностью FeRAM не все ясно. Существующие 350 нм образцы обладают временем чтения порядка 50-60 нс. Хотя по скорости они сопоставимы с современными чипами DRAM, среди которых можно найти экземпляры с показателями порядка 2 нс, распространенные 350 нм чипы DRAM работают с временем чтения порядка 35 нс, поэтому производительность FeRAM выглядит сравнимой при аналогичном процессе производства.