1.2. Основные тенденции развития
Создавшаяся ситуация в первую очередь связана с тем, что ряд фирм, ранее выпускавших ДОЗУ, вынужден был отказаться от освоения производства схем следующих поколений из-за значи-тельного роста затрат на НИОКР и ввод в строй новых заводов по обработке пластин диаметром 200 мм (от 0,5 млрд. до 1,0 млрд. долл.).
Сейчас наблюдается тенденция к объединению усилий не-скольких фирм с целью освоения выпуска схем следующих поко-лений. Например, такие фирмы, как NEC и Samsung Electronics, планируют общими усилиями разработать структуру базовой ячей-ки памяти ДОЗУ ёмкостью 256М бит и рассматривают возможность ввода в строй соместного предприятия по выпуску этих ИС. Анало-гичную работу ведут Texas Instruments и Hitachi, а также Siemens, IBM и Toshiba. К сожалению, при объединении усилий фирмам не всегда удаётся добиться согласованных действий, иногда перего-воры о совместном строительстве новых заводов затягиваются или вовсе прекращаются.
В 1994 г. сохранилась и тенденция к выпуску схем ДОЗУ на напряжение питания 3,3 В, доля которых в общем объёме продаж ДОЗУ увеличилась с 10% в 1993 г. до 20%. Предполагается, что в конце десятилетия этот показатель достигнет примерно 90%, а низковольтные изделия окажутся сопоставимыми по цене со схе-мами на напряжении 5 В уже в 1996 г.
Самым популярным корпусом схем ДОЗУ остаётся малогаба-ритный с J-образными выводами (SOJ). Однако по мере увеличе-ния плотности размещения элементов и сложности схем обостря-ются проблемы, связанные с корпусированием иполезной площа-дью, занимаемой схемой на печатной плате. В результате сейчас разрабатываются новые методы корпусирования. Особое внима-ние уделяется созданию трёхмерных наборных конструкций. Экспериментальные корпуса такого типа, обеспечивающие большую экономию полезной площади печатной платы, уже созданы на фирмах Dense Pac, Irvine Sensors, RTB Technology и Staktek.
Одной из основных тенденций развития полупроводниковых схем памяти является переход от столь популярной в течении двух десятилетий классической асинхронной архитектуры ДОЗУ к специализированным архитектурам (синхронным - SDRAM, в том числе фирмы Rambus с высокой тактовой частотой - RDRAM, усовершенствованным - EDRAM, для хранения видеоданных - VDRAM, с выводом расширенных данных или гиперстраничным - EDO). Это объясняется двумя факторами - увеличением плотности записи данных и более низкими, чем у всех микропроцессоров, темпами роста быстродействия (7 против 70%).
Несмотря на то, что общий объём памяти вычислительных систем растёт, благодаря увеличению плотности записи число схем ДОЗУ в системе в среднем уменьшается. Но это приводит к снижению пропускной способности систем памяти, поскольку, чем больше число схем ДОЗУ в системе, тем выше её пропускная способность, и наоборот. Один из способов улучшения пропускной способности системы памяти заключается в увеличениидлины слов, с которыми она работает. Однако при этом уеличивается площадь кристалла, занимаемая ДОЗУ, число выводов и, соответ-ственно, площадь платы, отводимая под такую схему. В результа-те повышается стоимость систмы памяти. Поэтому сейчас нельзя точно прогнозировать длину слов, с которыми будут работать схемы ДОЗУ следующих поколений.
По мнению экспертов, схемы ДОЗУ ёмкостью 64М бит всё ещё будут выпускаться с традиционной асинхронной архитектурой интерфейса, но им будут “наступать на пятки” новые типы схем. Наиболее протстым и, следовательно, дешёвым типом ДОЗУ с новой архитектурой является EDO-схема с расширенным выводом данных, представляющая собой вариант ДОЗУ с быстрым постра-ничным считыванием, используемым в основной системе памяти ПК на базе микропроцессора Pentium. Правда,тактовая частота этих ДОЗУ невелика - 40 МГц, хотя в результате работ проводи-мых ведущими поставщиками ДОЗУ - фирмами Micron, Hyundai, Mitsubishi, Siemens, появились усовершенствованные варианты EDO схем, тактовая частота которых достигает 66 МГц. Вышепере-численные фирмы приняли решения изготавливать разъёмосов-местимые ДОЗУ ёмкостью 16М бит с разводкой выводов усовер-шенствованного EDO варианта.
На протяжении нескольких лет в ПК и рабочих станциях выс-ших моделей используются видеоДОЗУ (VDRAM), пропускная спо-собность которых благодаря применению двойных портов ввода/вывода данных выше, чем у обычных схем памяти. Но стоят эти ИС и системы памяти на их основе очень дорого.
Недавно появились схемы ДОЗУ с синхронной архитектурой интерфейса, в которых наряду со стандартным ядром используют-ся две группы блоков оперативной памяти с чередующейся выбор-кой. В ДОЗУ этого типа тактовый импульс синхронизирует опера-ции считывания и записи, которые могут выполняться в конвейр-ном режиме. Тактовый импульс микропроцессора может непосред-ственно управлять быстрыми операциями записи и считывания в пакетном режиме. Таким образом, хотя время выборки в этих схе-мах такое же, как и в обычных ДОЗУ, полоса пропускания систем памяти значительно улучшается. Специалисты японского филиала фирмы IBM - IBM Japan разработали схему ДОЗУ с синхронной архитектурой и организацией 1Мx16 бит, работающую при напря-жении питания 3,3 В на тактовой частоте 100 МГц. При этом ток, потребляемый в активном режиме, равен 65 мА. Правда, по данным сторонников схем с EDO-архитектурой, стоимость SDRAM-устройств может быть на 30% выше,чем у обычных ДОЗУ.
Специалистами фирмы Rambus была предложена более “экзотическая” синхронная архитектура, носящая название фирмы, в которой использован восьмиразрядный канал передачи данных со скоростью 500 МГц, непосредственно соединяющий контроллер и запоминающее устройство. Эти ДОЗУ позволяют обходиться без дорогостоящих и достаточно сложных буферных кэшевых ус-тройств на базе быстродействующих СОЗУ. Схемы с RDRAM архитектурой позволяют выдавать данные каждые 2 нс.
В табл. 1.5 на примере кадрового буфера графической систе-мы объёмом 1М и 2М байт приведены параметры различных типов ЗУ.
Таблица 1.5
Типы и организация ДОЗУ, используемые в кадровых буферах объёмом 1М и 2М байт
Стороннкики SDRAM и RDRAM схем считают, что благодаря высокой пропускной способности эти схемы весьма перспективны для построения систем памяти большой ёмкости с высоким быс-тродействии. Так, фирма Fujitsu, выпускающая 4-М и 16-Мбит ДОЗУ с EDO-архитектурой, уже поставила более 20 европейским заказчикам опытные образцы SDRAM-вариантов схем ёмкостью 64-Мбит. По мнению специалистов фирмы, при освоении массово-го производства стоимость ДОЗУ этого типа будет лишь немного выше, чем у обычных схем: площадь кристалла, занимаемая SDRAM схемой (и являющаяся основным фактором появления до-полнительных издержек производства и, следовательно, более высокой стоимости этих схем) всего на 1,5% больше, чем у обыч-ных ДОЗУ.
Перспективными считают схемы ДОЗУ с синхронной архитек-турой и разработчики фирмы Rambus, по данным которых RDRAM схемы уже выпускают 15 изготовителей ИС. По их оценкам, в 1995 г. объём производства этих схем составил 1,5 млн.шт., а в 1996., когда появились первые вычислительные системы с памятью на базе таких схем,он превысил 15 млн.шт. К числу поставщиков RDRAM схем относятся фирмы NEC и Toshiba. Последняя в августе 1995 г. освоила крупносерийное производство (100 тыс. схем ежемесячно) таких ДОЗУ ёмкостью 18М бит, выполненных по КМОП- технологии с 0,5-мкм топологическими нормами.