Amerikanska Mosys hoppas muta in en plats i framtida systemkretsar med sitt speciella minne: ett SRAM baserat på en DRAM-cell. Nintendo skall bana vägen till volymproduktion.

Halvledarföretaget Mosys minnesarkitektur, 1T-SRAM, står definitivt inför ett genombrott. Japanska Nintendo avslöjade nyligen att minnet skall ta plats i företagets spelkonsol Dolphin, som väntas dyka upp nästa höst. Planen är att Artx skall bygga in minnet direkt på grafikprocessorn som företaget just nu utvecklar speciellt för Dolphin.

Vad är det då som gör Mosys SRAM-arkitektur så intressant? Jo kort sagt är minnet snabbt som ett SRAM samtidigt som det kan göras stort, likt ett DRAM. Dessutom kan det lika väl tillverkas i en logikprocess som en process för inbyggda DRAM. Den förstnämnda egenskapen används då hög hastighet prioriteras, medan DRAM-processen ger minnen med högre densitet.

Snabbheten hos 1T-SRAM-arkitekturen har man lyckats uppnå genom att dela upp minnesmatrisen i en mängd små minnesbanker. Dessa har korta ordlängder med liten kapacitans, varvid huvudorsaken till fördröjningen i konventionella DRAM-banker eliminerats.

Flera minnesbanker knyts ihop till en makrocell av en 250 MHz-buss om 256 bitar. Ett minne byggs upp av en eller flera makroceller. Och antalet banker per makrocell samt storleken på bankerna kan anpassas speciellt för en viss tillämpning.

Fast egentligen undrar man om Mosys minne verkligen borde kallas ett SRAM, då minnescellen har samma fundamentala struktur som ett DRAM. Cellen är uppbyggd av en transistor och en kondensator och innehållet är flyktigt. Allt precis som hos ett DRAM.

Mosys försvarar dock namnet med att minnet ser ut som ett SRAM för användaren. Det har kunnat ske genom att man skapat ett SRAM-kompatibelt cellblock, där själva minnesuppdateringen (refresh) sker dolt för användaren. Minnet är även skalbart och kan tillverkas i en vanlig CMOS-process, vilket inte ett DRAM kan.

Bygg in upp till 128 Mbit

Resultatet är att 1T-SRAM är det första minnet med renodlade SRAM-egenskaper som nu börjar byggas in i framtida systemkretsar, åtminstone om man bortser från små cacheminnen. Hur mycket minne som exempelvis Artx kommer att lägga in på Nintendos grafikprocessor är emellertid inte klart ännu, men Mosys hävdar att upp till 128 Mbit kan byggas in utan problem.

Genombrottet för 1T-SRAM kommer exakt ett halvår efter det att Mosys beslutat sig för att gå ut med minnesarkitekturen som licensierbart IP-block (Intellectual Property). Redan då togs visserligen det första klivet framåt genom att tre licensavtal kunde avslöjas. Två avtal med asichusen TSMC och NEC, samt ett med Analog Devices. Ytterligare licensavtal är på gång, hävdar Mosys.

TSMC har sedan tidigare tillverkat minnet åt Mosys, men då som diskreta komponenter. Någon jättesuccé har det emellertid inte varit tal om, främst eftersom inga alternativa leverantörer hittills funnits.

Från och med nu är det dock annat ljud i skällan. Både TSMC och NEC skall erbjuda minnet som byggblock till sina asickunder. NEC har dessutom fått i uppdrag att tillverka Dolphins grafikprocessor. Tillverkningen skall ske i en 0,18 μm-process och Nintendo har behov av miljontals kretsar.

TSMC, å sin sida, kommer säkerligen också att få fullt upp framöver. Bland annat tänker Analog Devices använda företagets tjänster. Analog Devices menar att 1T- SRAM är den minnesteknik som är absolut mest lämpad för att användas i nästa generation digitala signalprocessorer. När den första DSPn med inbyggt 1T-SRAM kommer är däremot inte sagt ännu.

Anna Wennberg

1T-SRAM kontra SRAM och DRAM

Minnesarkitekturen 1T-SRAM kan ses som ett oerhört kompakt och effektsnålt SRAM eller ett mycket snabbt DRAM.

Om ett 1T-SRAM tillverkas i en vanlig CMOS-process kräver det enbart en tredjedel av kiselytan jämfört med ett traditionellt SRAM med sex transistorer. Använder man istället en process för inbyggda DRAM minskar den nödvändiga kiselytan med ytterligare en faktor tre. Exempelvis kräver ett 4 Mbit 1T-SRAM tillverkat i en 0,18 μm DRAM-process enbart 4,5 mm2 kisel.

Entransistorarkitekturen drar dessutom bara en fjärdedel så mycket effekt, jämfört med då traditionellt SRAM med används. Orsaken är att de minsta byggstenarna faktiskt är DRAM-celler.

Jämför man istället 1T-SRAM-arkitekturen med DRAM är det hastigheten som hamnar i rampljuset. Dagens DRAM, som exempelvis PC133, har en åtkomsttid på mellan 60 och 70 ns. Ett inbyggt 1T-SRAM är däremot, enligt Mosys, kapabelt till en slumpmässig åtkomsttid under 3 ns.

Ett 1T-SRAM tillverkat i 0,25 μm kan klockas med mellan 100 och 250 MHz, medan den maximala klockfrekvensen är 400 MHz då minnet tillverkas i 0,18 μm.

AW