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2019年01月14日 | 5nm缓存新技术——STT-MRAM

2019-01-14 来源:SIMIT战略研究室

2018年5月29日,IMEC宣布制造了全球最小的SRAM芯片,面积缩小了24%,可适用于未来的5nm工艺。这是今年以来在5nm节点上缓存的最先进技术。

 

需要指出的是,本设计设计虽然适用于5-nm SRAM,但不适合逻辑单元,因为该SRAM需要3个晶体管,才能提供单个FinFET的性能,显然面积比较大且能耗较高。

 

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图1、IMEC通过形成栅极制造SGT SRAM单元

 

随着制程迈向5nm甚至3nm,半导体工艺复杂性剧增导致高密度SRAM在先进技术节点处的缩小变得更为有限。为减少面积和能耗,STT-MRAM已成为替代基于SRAM的最后一级高速缓存存储器的有希望的候选者。STT-MRAM器件的核心元件是磁隧道结,其中薄介电层夹在磁固定层和磁自由层之间。通过利用注入磁隧道结的电流切换自由磁层的磁化来执行存储单元的写入。

 

2018年12月3日,2018年IEEE国际电子器件会议(IEDM)上Imec展示了在5nm技术节点上引入STT-MRAM作为最后一级缓存的可行性。

 

Imec在会议上展示了在5nm节点上SRAM和STT-MRAM之间功率性能的比较。该分析基于设计技术协同优化和硅验证模型,结果显示STT-MRAM满足高性能计算领域对5nm缓存存储器的性能要求。

 

与合作伙伴如GlobalFoundries、华为、美光、高通、索尼半导体解决方案、台积电和西部数据合作,Imec通过两步骤分析5nm技术节点上为高性能计算领域引入STT-MRAM的可行性。

 

在第一步中,执行设计技术协同优化(DTCO)以定义5nm节点处的STT-MRAM单元的要求和规范。 Imec确认高性能2 *垂直平面(CPP)STT-MRAM位单元(MRAM间距是45nm接触栅极间距(CPP)的两倍)是5nm最后级缓存的首选解决方案,采用193浸入式单图案光刻技术,降低了技术成本。 DTCO还揭示了实现磁隧道结的高开关速度所需的电流密度的要求。对于3.8至5.4mA / cm2的目标电流密度,需要3.1至4.7Ωμm2的电阻面积。

 

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图2、SRAM和STT-MRAM能量曲线比较

 

在第二步中,在300mm Si晶片上制造高性能STT-MRAM单元,并通过实验测量磁隧道结的特性。然后将这些Si验证数据用于5nm节点处的高性能计算域的SRAM和STT-MRAM在最后一级高速缓存设计的模型中进行比较。在本步骤中,IMEC对经过硅验证的pMTJ紧凑模型进行了设计分析,该模型与5nm节点兼容,对于读写操作,pMTJ的标称访问延迟分别小于2.5ns且小于7.1ns。分析表明,STT-MRAM满足高性能计算中一级到三级缓存的众多要求,并且为读写访问提供了超过SRAM的显着能量增益。并且,STT-MRAM单元面积仅为SRAM的43.3%。

 

Imec指出:DTCO和Si验证模型首次让我们得出结论,MRAM与SRAM(即分别用于读写操作时超过0.4MB和5MB密度)相比,在高密度存储器上应用STT-MRAM能效更高,并且STT-MRAM的延迟足以满足高性能计算领域中最后一级缓存的要求,在100MHz时钟频率下运行。

 

对于大密度存储器,STT-MRAM相对于SRAM有显着的能量增益。无论读写不对称与否和在哪个应用领域,在5nm节点低于12M字节的高速缓存容量,STT-MRAM可行性更高、显得更胜一筹。

 


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对于快速充电IC(bq2002)电路,网友可能还会有多种问题,以下是一些常见问题及其回答:

一、电路设计相关问题

  1. BQ2002的BAT引脚如何正确接入电池电压?
    • 回答:BQ2002的BAT引脚用于接收电池电压的取样信号。通常,电池电压会经过一个电阻分压网络后接入BAT引脚,以确保BQ2002能够正确检测电池电压。电阻分压网络的输入电阻不应小于200kΩ,以避免对电池电压造成过大影响。
  2. 如何设置BQ2002的充电速率?
    • 回答:BQ2002的充电速率可以通过TM引脚进行设置。当TM引脚接地时,充电速率为1C(即电池容量的1倍)。此外,根据数据手册,TM引脚的不同电平还可能对应不同的充电速率,如C/2或2C,但具体设置需参考具体的数据手册或应用指南。
  3. BQ2002的CC引脚如何控制充电电流?
    • 回答:BQ2002的CC引脚用于控制充电电流的开关,而不是直接调节充电电流的大小。CC引脚有两种状态:高阻态和接地态。当CC引脚为高阻态时,充电电流可以流动;当CC引脚接地时,充电电流被抑制。充电电流的大小通常由外部恒流源(如LM317等)的电阻设置决定,与CC引脚的状态无关。

二、功能实现与调试问题

  1. 为什么BQ2002没有进入快速充电模式?
    • 回答:BQ2002没有进入快速充电模式可能由多种原因造成,如电池电压或温度不符合快速充电条件、TS引脚电压不在正常范围内、或外部电路设计问题等。建议检查电池电压和温度是否满足快速充电条件,同时检查TS引脚电压是否介于0.25VCC和0.4VCC之间(或1.25V和2.0V之间),并确认外部电路设计无误。
  2. BQ2002在充电过程中突然停止充电怎么办?
    • 回答:BQ2002在充电过程中突然停止充电可能是由于电池过热、电池电压过高或外部电路故障等原因造成的。建议检查电池温度是否过高,电池电压是否超出BQ2002的承受范围,并检查外部电路是否有短路或断路等故障。如果问题依旧存在,可能需要更换BQ2002芯片或重新设计外部电路。
  3. 如何调整BQ2002的充电截止电压?
    • 回答:BQ2002的充电截止电压通常是通过外部电路设计来调整的。具体方法可能因电路设计而异,但一般可以通过调整与BAT引脚相连的分压电阻的阻值来改变BQ2002检测到的电池电压值,从而调整充电截止电压。需要注意的是,在调整充电截止电压时,应确保电池不会因过充而损坏。

三、其他常见问题

  1. BQ2002支持哪些类型的电池?
    • 回答:BQ2002通常支持多种类型的可充电电池,如镍氢电池、锂离子电池等。但具体支持的电池类型可能因BQ2002的版本或制造商而有所不同。因此,在使用BQ2002进行电池充电时,应参考具体的数据手册或应用指南以了解支持的电池类型。
  2. BQ2002的功耗如何?
    • 回答:BQ2002的功耗通常较低,但具体功耗值可能因工作条件(如输入电压、输出电流、环境温度等)的不同而有所变化。在设计电路时,应充分考虑BQ2002的功耗对系统整体性能的影响,并采取相应的措施来降低功耗。

以上是针对快速充电IC(bq2002)电路的一些常见问题及其回答。需要注意的是,由于BQ2002的具体应用可能因电路设计、电池类型等因素而有所不同,因此在实际应用中应参考具体的数据手册或应用指南以获取准确的信息。

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Alpha-Micro Electronics是一家提供嵌入式系统解决方案的公司,专注于设计和制造微控制器、传感器和其他嵌入式设备。以下是关于Alpha-Micro Electronics公司发展的五个相关故事:

  1. 公司成立:Alpha-Micro Electronics公司成立于1982年,总部位于德国斯图加特。公司的创始人是一群电子工程师,他们致力于为各种应用领域提供高性能的嵌入式系统解决方案。

  2. 技术创新:在公司创立之初,Alpha-Micro Electronics就开始致力于技术创新。他们不断投资于研发,推出了一系列先进的微控制器和传感器产品,以满足客户对功能强大和性能稳定的需求。

  3. 解决方案定制:Alpha-Micro Electronics公司注重与客户的紧密合作,提供定制化的解决方案。他们的工程团队具有丰富的经验和专业知识,能够根据客户的具体要求设计和制造符合其需求的嵌入式系统。

  4. 国际扩展:随着业务的不断发展,Alpha-Micro Electronics逐渐拓展了国际市场。除了在德国的总部和研发中心外,公司还在全球范围内建立了销售和服务网络,包括在美国、亚洲和欧洲的分支机构和合作伙伴。

  5. 行业合作与创新:Alpha-Micro Electronics公司积极参与行业合作和创新项目,与其他企业、研究机构和学术界合作,共同推动嵌入式技术的发展。通过与行业领先者合作,公司不断探索新的技术和应用领域,为客户提供更具竞争力的解决方案。

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