Allt fler tillverkare gör inbyggda DRAM

Större minnesbandbredd, snabbare dataöverföring och mindre kretsyta. Det kan uppnås genom att blanda logik och DRAM, en teknik som allt fler satsar på.

De senaste marknadsundersökningarna visar en lysande framtid för inbyggda DRAM. Och allt fler kiseltillverkare utvecklar nu nya processer för att para ihop logik och DRAM på en och samma krets. Fördelarna är flera: ökad minnesbandbredd, snabbare dataöverföring och mindre kretsyta. Men de tekniska svårigheterna kvarstår, och tillverkarna tävlar nu om att bli först med den senaste tekniken.

I juni börjar Siemens producera kretsar med inbyggda DRAM, tillverkade med en ny 0,24 μm process som stöder 128 Mbits minne. Processen med inbyggda DRAM klarar bredare bussar, vilket ger mycket höga minnesbandbredder, över 80 Gbit per sekund.

Siemens använder sig av en arkitektur där kunden inte kan specificera konfigurationen helt själv.

- Minnestorleken ökas i steg om 256 kbit eller 1 Mbit och strukturen bidrar till kortare ledtider, säger Sören Hein, ansvarig för inbyggda DRAM på Siemens Semiconductor.

Även IBM startar tillverkning av inbyggda DRAM-kretsar. I år skall IBMs kiselfabrik tillverka hybridkretsar i en 0,25 μm-process. Utvecklingen av en ny serie inbyggda DRAM kretsar är planerad i IBMs 0,16 μm process.

Produktionen startar om det finns efterfrågan. Med tanke på de nuvarande låga priserna på rena DRAM kommer inbyggda DRAM att bli dyrare i vissa tillämpningar.

Även standardprodukter

Vissa leverantörer försöker nå lösningar snabbare, med standardprodukter för inbyggda DRAM-kretsar. Kunderna kan sedan anpassa funktionen med extern logik.

Ett exempel är Mitsubishis M32R/D, en krets med en 32 bitars Riscprocessor och 16 Mbit inbyggt DRAM. Kretsen är en standard eRAM produkt, där eRAM står för Mitsubishis inbyggda process Embedded Random Access Memory.

Mitsubishi samarbetar med Motorola på detta fält. Tanken är att kombinera Mitsubishis eRAM med Motorolas processkärna Coldfire.

Men det är inte bara de etablerade kiseltillverkarna som kan ta sig in på marknaden för inbyggda DRAM. Det visas av ett nystartat företag, Silicon Access, som i år lovar en kompilator som kan generera inbyggda DRAM för 0,25 μm- processer. En sådan skulle snabba upp konstruktionsprocessen.

Förra året presenterade Elektroniktidningen en optimistisk prognos för marknaden av dessa hybridkretsar. Den prognosen verkar hålla i sig. Enligt Dataquest, är marknaden i år värd ungefär 460 miljoner dollar, jämfört med 100 miljoner dollar 1996.

Kretsar med inbyggt DRAM används inte längre bara i grafikkort, utan också i nätverk, laserskrivare, CD-läsare, mobiltelefoner och i enchipslösningar för annan bärbar elektronik.

Susan Kelly

Problemen sitter i kondensatorerna

Att integrera logik och DRAM på samma chips är en teknik i utveckling. Fördelarna är många, men integrationen är inte så lätt, eftersom tillverkningsprocesserna för DRAM och logik skiljer sig mycket åt.

Bygger man en DRAM-krets med en process för logik, så ökar minnets fysiska storlek, och bygger man logik i en DRAM-process, så får man istället en långsammare logik och försämrad prestanda.

En stor del av problemen uppstår vid tillverkningen av kondensatorerna i de olika kretstyperna. Kondensatorerna i en DRAM-process blir mindre men får högre kapacitans än i en logikprocess. Att tillverka DRAM-kondensatorer i en logikprocess leder därför till ökad kondensatorstorlek.

I en DRAM-process går det att tillverka två olika typer av kondensatorer, trenchkondensatorn och stackkondensatorn. Stackkondensatorer är vanligast i standard-DRAM, men trenchkondensatorn är bäst för inbyggnad. Den ligger under själva kiselytan vilket gör det lättare att få ytan slät och därför lättare att lägga på det extra metallager som krävs när logik och DRAM integreras. Siemens, IBM och Toshiba drar alla nytta av detta.

- Siemens valde trenchceller på grund av deras kompakta form och släthet, jämfört med stackceller, säger Sören Hein.

Ett annat problem är att tillverkningsmetoden för logik är anpassad för mycket snabba transistorer. För att öka hastigheten i DRAM-transistorerna måste man därför sänka tröskelspänningen, vilket ökar strömförbrukningen.

SK