Tirisztor-RAM: ütőképes alternatíva a 6T-SRAM-ra?

A tirisztor-RAM fejlesztésére szakosodott T-RAM kilenc évvel ezelőtt alakult, és gyakorlatilag folyamatosan publikálta fejlesztéseinek állapotát. Úgy tűnik, a cég tirisztor (thyristor), vagyis szilícium vezérelt egyenirányító technikája elérte azt a szintet, hogy kereskedelmi használatra alkalmassá váljon. A tirisztor-SRAM saját, 32 nanométeres és 22 nanométeres csíkszélességű eljárásaira ültetésével a Globalfoundries olyan megoldást tud ügyfeleinek ajánlani, mellyel a riválisok megoldásainál jóval magasabb cache-sűrűséget lehet elérni.

\"A T-RAM sikeresen lezárta a tirisztor-RAM technológia fejlesztéseit, és termelésre tökéletesen alkalmas, robusztus memóriamegoldást ért el igazolt kihozatallal, megbízhatósággal és a korábbi félvezetőeljárásokkal történő alacsony költségű integrációval\" -- kommentálta a bejelentést a T-RAM elnök-vezérigazgatója, Sam Nakib. Részleteket nem árultak el a felek, így egyelőre azt sem tudni, SOI és hagyományos félvezető platformra is portolják-e a tirisztor-SRAM-ot, mely mindkettőn megvalósítható. A tirisztor egy olyan, monolitikus felépítésű kapunak fogható fel, mely egy nyítóáram hatására vezetővé válik, és egészen addig megtartja ezt az állapotot, míg rajta bizonyos erősségű áram, vagyis bináris jel halad át egy irányban, majd ennek megszűntét követően, vagy az áram irányának megfordulásakor azonnal lezár.

A tirisztor-SRAM cella felépítése. A TCCT jelöli a T-RAM beágyazott tirisztor megoldását.

A vállalat szerint a SRAM kiváltására történt eddigi próbálkozások a hosszas kutatás-fejlesztéseket követően is kudarcot vallottak, így többek közt az eDRAM is, mely bár jóval nagyobb sűrűséget mutat a klasszikus 6T-SRAM-mal szemben, teljesítménye korlátozott, és inkompatibilis a nagyteljesítményű logikákat előállító félvezetőeljárásokkal. A többi technológia, mint a magnetorezisztív, a ferro-elektromos vagy a kristályos állapotváltozásra építő, egyelőre nem jutott el az önálló kereskedelmi alkalmazásig sem, nem beszélve a logikával integrált, beágyazott területről. Szintén nem hallani az AMD által már több mint 3 éve licencelt Z-RAM-ról sem, mely az iparági értesülések alapján képtelen hozni a sűrűség és teljesítmény megfelelő kombinációját.

Csak előnyei volnának?

Márpedig a tirisztor technika SRAM-ként történő alkalmazása éppen ezt ígéri -- a tirisztor DRAM-ként is implementálható, előnyei ott azonban kisebbek. A tirisztor-SRAM cellái nagyjából negyedakkorák, mint a modern processzorok gyorsítótárát felépítő, hat tranzisztorból felépülő 6T-SRAM cellák, makroszinten pedig kétszeres, két és félszeres a sűrűségbeli előnye. A tirisztor struktúra kialakítása, szilíciumba ültetése bár extra költséggel jár, a tesztek alapján ez kevesebb mint 12 százalékkal növeli meg a gyártási költséget a hagyományos tranzisztorokéhoz képest.

Ezt vagy a 2-2,5-szer nagyobb L2/L3 cache jelentette teljesítménnyel, vagy pedig a cache kompaktabb kialakításával megtakarítható szilíciumfelülettel ellensúlyozza. Ha a teljes lapka területének 20 százalékát kitevő 6T-SRAM-ot váltjuk fel tirisztor-SRAM-mal, úgy a nettó költségmegtakarítás 5-7 százalékos, ha ez a cache terület eredetileg 40 százalék volt, úgy a költségcsökkentés elérheti a 20 százalékot is -- nagyjából ennyivel lehetne olcsóbban termelni a Shanghai és Deneb processzorokat, ami közel egy teljes félvezetőgenerációnyi megtakarítás.

A T-RAM ráadásul azt állítja, mindehhez nem társul teljesítménycsökkenés, vagy a fogyasztás emelkedése. A Freescale 130 nanométeres SOI-eljárásán készült, 18 megabites chipekkel 1,7 nanoszekundumnál gyorsabb olvasási késleltetést publikált a vállalat két évvel ezelőtt, tavaly pedig már 0,7 nanoszekundumot jelentett, míg az írási sebesség 2 nanoszekundum, ami a 130 nanométeres 6T-SRAM-ok teljesítményével partiban van.

Csak a legagresszívebbre tervezett, jóval kisebb L1 6T-SRAM-ok gyorsabbak ennél, ahol a méret és költség háttérbe szorul a lehető legmagasabb teljesítmény mögött. A tirisztor tehát alkalmas lehet a nagyteljesítményű mikroprocesszorok L2 és L3 gyorsítótáraiban történő alkalmazásra. Amennyiben a mérnökök a cache-ek méretének növelése mellett döntenek, úgy a teljesítménybeli növekedés sok kód esetén kétszámjegyű lehet a találati arány jelentős növekedésének köszönhetően.

A 130 nanométeres, 18 megabites tirisztor-SRAM tesztchip

A tirisztor-SRAM azonban ennél még tovább megy. A T-RAM állítja, nemcsak ugyanolyan megbízható, mint a 6T-SRAM, vagyis nem magasabb a bithibák aránya, és nemcsak magas kihozatallal, a jelenlegi félvezetőtechnológiákkal kompatibilisen termelhető, de jobban is miniatürizálható, vagyis méretei jobban skálázódnak a kisebb geometriájú eljárásokkal, ami sűrűségbeli előnyének fokozódását vetíti előre.

Nincs még ismert termékfejlesztés

Valószínűtlen ugyanakkor, hogy az AMD első 32 nanométeres processzorai kihasználhatnák a a tirisztor-SRAM előnyeit. Tekintve a nagyjából másfél év múlva esedékes megjelenésüket, fejlesztéseik már a végükhöz közelednek, így a Globalfoundries és a T-RAM együttműködése elkésett. Nem zárható ki azonban, hogy egy későbbi pontban vezetik be a 32 nanométeres termelésbe az újfajta cache-eket, hogy csökkentsék költségeiket. Mindez természetesen spekuláció egyelőre, nem tudni, hogy az AMD egyáltalán fogja-e alkalmazni a tirisztor-SRAM-ot, ami valószínűleg főként azon múlik, hogy a technika valóban teljesíti-e azokat az ígéreteket, melyeket a T-RAM magabiztosan állít.