Микросхема озу. Микросхема ОЗУ: технология производства и устройство современной оперативной памяти

Как производятся современные микросхемы оперативной памяти. Из чего состоит ОЗУ. Какие этапы проходит производство микросхем памяти. Как устроены ячейки памяти в ОЗУ. Какие технологии используются при создании микросхем памяти.

Основные этапы производства микросхем оперативной памяти

Производство современных микросхем оперативной памяти — это сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя следующие основные этапы:

1. Подготовка кремниевых пластин
2. Формирование транзисторов и других элементов на пластине
3. Создание многослойной структуры микросхемы
4. Разделение пластины на отдельные кристаллы
5. Корпусирование и тестирование микросхем

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов производства микросхем ОЗУ.

Подготовка кремниевых пластин для производства микросхем памяти

Производство микросхем памяти начинается с подготовки кремниевых пластин — основы будущих интегральных схем. Этот процесс включает следующие шаги:

• Выращивание монокристаллического слитка кремния
• Нарезка слитка на тонкие пластины толщиной 0,5-0,8 мм
• Шлифовка и полировка пластин до зеркального блеска
• Очистка поверхности пластин от загрязнений

Качество подготовки кремниевых пластин критически важно для характеристик будущих микросхем памяти. Даже мельчайшие дефекты могут привести к браку.

Формирование транзисторов и других элементов микросхемы ОЗУ

На подготовленных кремниевых пластинах с помощью сложных технологических процессов формируются транзисторы, конденсаторы и другие элементы интегральной схемы памяти. Основные этапы:

• Нанесение фоторезиста на поверхность пластины
• Экспонирование через фотошаблон и проявление рисунка
• Травление открытых участков кремния
• Легирование примесями для создания областей с заданной проводимостью
• Формирование затворов транзисторов и диэлектриков

В результате на поверхности кремния создается сложная структура из миллионов транзисторов, образующих ячейки памяти и управляющую логику микросхемы ОЗУ.

Создание многослойной структуры микросхемы памяти

Современные микросхемы памяти имеют многослойную структуру, что позволяет увеличить плотность размещения элементов. Формирование слоев происходит следующим образом:

1. Нанесение слоя диэлектрика на поверхность пластины
2. Создание в нем отверстий для межсоединений
3. Нанесение и травление слоя металлизации
4. Повторение процесса для создания нескольких слоев

В современных микросхемах памяти может быть до 10-12 слоев металлизации, соединяющих элементы схемы между собой. Это позволяет достичь очень высокой плотности упаковки транзисторов.

Разделение пластины на отдельные кристаллы микросхем

После формирования всех слоев микросхемы кремниевая пластина разделяется на отдельные кристаллы. Этот процесс включает:

• Нанесение защитного покрытия на поверхность пластины
• Разметку линий реза между кристаллами
• Разделение пластины на отдельные чипы с помощью алмазной пилы
• Сортировку годных кристаллов

На этом этапе происходит первичный отбор годных микросхем памяти и отбраковка дефектных кристаллов.

Корпусирование и тестирование микросхем оперативной памяти

Заключительный этап производства микросхем ОЗУ включает:

1. Монтаж кристалла на подложку корпуса
2. Разварку проволочных соединений от контактных площадок кристалла к выводам корпуса
3. Герметизацию корпуса микросхемы
4. Маркировку микросхемы
5. Электрическое тестирование и отбраковку

После корпусирования проводится тщательное тестирование микросхем памяти на соответствие заявленным характеристикам. Только полностью проверенные чипы поступают в продажу.

Устройство ячейки динамической памяти DRAM

Основным элементом микросхемы динамической памяти DRAM является ячейка, состоящая из конденсатора и транзистора. Ее устройство и принцип работы следующие:

• Конденсатор хранит заряд, соответствующий биту информации
• Транзистор выполняет роль ключа, управляющего доступом к конденсатору
• При чтении заряд с конденсатора усиливается и передается на битовую линию
• При записи новое значение бита заряжает или разряжает конденсатор

Для хранения информации конденсатор периодически перезаряжается, что и обусловило название «динамическая память».

Отличия статической памяти SRAM от динамической DRAM

Статическая память SRAM отличается от динамической DRAM следующими особенностями:

• Ячейка SRAM содержит 6 транзисторов вместо одного транзистора и конденсатора в DRAM
• SRAM не требует периодической регенерации данных
• SRAM имеет более высокое быстродействие, но меньшую плотность размещения ячеек
• SRAM потребляет больше энергии и дороже в производстве

Благодаря высокому быстродействию SRAM используется в качестве кэш-памяти процессоров, а DRAM применяется для создания основной оперативной памяти компьютеров.

Технологии увеличения емкости и быстродействия микросхем памяти

Для повышения характеристик микросхем памяти применяются следующие технологии:

• Уменьшение проектных норм (размеров элементов) до единиц нанометров
• Использование новых материалов (high-k диэлектриков, металлических затворов)
• 3D-компоновка кристаллов памяти
• Увеличение числа банков памяти для параллельной работы
• Применение буферов чтения/записи для ускорения доступа

Эти технологии позволяют создавать микросхемы памяти объемом в десятки гигабайт с пропускной способностью свыше 100 ГБ/с.

Перспективные типы энергонезависимой памяти

Помимо традиционной DRAM и SRAM активно разрабатываются новые типы энергонезависимой памяти:

• Магниторезистивная память MRAM
• Сегнетоэлектрическая память FRAM
• Память на основе фазового перехода PRAM
• Резистивная память ReRAM

Эти типы памяти потенциально могут заменить как оперативную, так и постоянную память в компьютерах будущего, объединив их преимущества.

Современные микросхемы памяти. Часть 1

Все статьи цикла:

• Современные микросхемы памяти. Часть 1, (Компоненты и технологии №4’2002)
• Современные микросхемы памяти. Часть 2, (Компоненты и технологии №6’2002)

Введение

Подсистемы памяти являются неотъемлемой частью практически всех современных устройств вычислительной техники, за исключением, пожалуй, некоторых малых контроллеров. В настоящее время в мире насчитывается более ста производителей тех или иных микросхем памяти. Существуют фирмы, которые специализируются на выпуске только микросхем памяти, однако множество фирм выпускают микросхемы памяти наряду с другой продукцией. Настоящая статья призвана ознакомить читателя с современной терминологией в области подсистем памяти, основными разновидностями микросхем памяти, их особенностями, наиболее известными и крупными производителями микросхем и их продукцией.

Основные понятия

Для лучшего понимания состояния рынка современных микросхем памяти следует ознакомиться с основной общепринятой терминологией в этой области:

RAM (Random Access Memory) — оперативная память с произвольным доступом;

ROM (Read Only Memory) — постоянная память;

NVM (Non-Volatile Memory) — обычно термин используется для обозначения семейства ROM, в которое входят ROM, OTP, EPROM, EEPROM, Flash, NV-RAM;

Flash (Flash RAM, FRAM) — особый тип памяти, допускающей операции чтения и записи при рабочих напряжениях (обычно 5 В, для более ранних микросхем запись при 12 В), которые сохраняют содержимое при отсутствии питания за счет оригинальной структуры запоминающей ячейки;

NV-RAM (Non-Voltage RAM) — особый вид RAM, которая может сохранять свое содержимое при отсутствии питания либо за счет особенностей изготовления запоминающей ячейки, либо за счет наличия встроенной в микросхему или модуль литиевой батарейки;

OTP (Once programmed memory) — память, однократно программируемая потребителем;

EPROM (Electrically Programmable ROM) — электрически программируемая постоянная память;

EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) — электрически стираемая и программируемая постоянная память;

SRAM (Static RAM) — статическая память с произвольным доступом;

DRAM (Dynamic RAM) — динамическая память с произвольным доступом;

TK-RAM (Timekeeping RAM) — память с произвольным доступом, в которой часть ячеек заменена на регистры, в которые автоматически выводятся данные от встроенных часов реального времени (RTC), календаря и т. п. Обычно выпускается либо со встроенной литиевой батарейкой, либо со входом для подключения внешней батарейки, либо с конструктивно совмещенным (в корпусе микросхемы) держателем для внешней батарейки;

RTC (Real Time Clock) — таймер реального времени;

Parallel (Access) Memory (RAM, Flash…) — память с параллельным доступом;

Serial (Access) Memory (RAM, Flash…) — память с последовательным доступом.

Кроме приведенных выше общепринятых терминов в специальной литературе и документации фирм-производителей встречается еще множество других, с которыми мы познакомим читателя по мере необходимости.

Названия наиболее известных производителей микросхем памяти, их Internet-адреса и выпускаемые типы микросхем памяти приведены в табл. 1.

Таблица 1

Очевидно, что в рамках одной статьи ознакомить читателя со всей продукцией рынка памяти невозможно, да и нет необходимости, так как продукция многих фирм не поставляется в нашу страну, да и в своей стране поставляется только фирмам-партнерам. Поэтому мы познакомимся с продукцией только крупнейших или наиболее доступных производителей.

Пожалуй, наибольшую известность и популярность в нашей стране имеет фирма Atmel, являющаяся несомненным мировым лидером по производству различных микросхем с применением Flash-технологий. Микросхемы памяти, выпускаемые этой фирмой, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Не менее известна на нашем рынке и фирма Dallas Semiconductor, которая совсем недавно стала частью фирмы MAXIM. Фирма Dallas Semiconductor является мировым лидером по производству NV Timekeeping RAM. Это модули, содержащие SRAM, в которой часть ячеек заменена на регистры. В эти регистры автоматически выводятся данные от встроенных часов реального времени (RTC), календаря и т. п. Обычно выпускается либо со встроенной литиевой батарейкой, либо со входом для подключения внешней батарейки, либо с конструктивно совмещенным (в корпусе микросхемы) держателем для внешней батарейки (PwrCAP). Микросхемы TK-SRAM фирмы Dallas приведены в табл. 3.

Таблица 3

Кроме этого, фирма Dallas Semiconductor выпускает достаточно большой набор других типов NV-RAM (см. табл. 4).

Таблица 4

Большой выбор статической (SRAM), динамической (DRAM) и Flash-памяти предлагает фирма Alliance Semiconductor. Перечень микросхем статической памяти представлен в табл. 5.

Таблица 5

SRAM 3,3 V Fast Asynchronous — быстродействующая асинхронная статическая память.

Динамическая память, выпускаемая фирмой Alliance Semiconductor, представлена в табл. 6.

Таблица 6

Кроме этого, фирмой Alliance Semiconductor выпускается несколько микросхем Flash-памяти (см. табл. 7).

Таблица 7

Достаточно широкий набор асинхронной статической памяти SRAM предлагает фирма Brilliance Semiconductor (табл. 8).

Таблица 8

В заключение первой части этой обзорной статьи хотелось бы познакомить читателя с оригинальной продукцией фирмы DPAC Technologies, которая изготавливает ряд интересных аксессуаров для памяти (http://www. dense-pac.com).

Для существенной экономии места на печатной плате выпускается специальная колодка для установки нескольких микросхем памяти одна на одну, так называемый LP-Stacks™ (Leaded Plastic Stacks). Это изделие идеально подходит для широкого круга коммерческих и индустриальных применений. Колодки LP-Stacks™ выпускаются для микросхем SDRAM, DRAM, SRAM, EEPROM, Flash, DDR и FCRAM. Существуют LP-Stacks™ для коммерческого и расширенного температурного диапазона.

Другое оригинальное изделие High-Reliability Ceramic Modules — высоконадежные керамические модули. Это изделие не только экономит место на печатной плате (поскольку в него устанавливается несколько микросхем), но и защищает их от тяжелых условий эксплуатации и климатических воздействий.

Для ускорения разработки новых изделий выпускаются специальные отладочные платы. Они позволяют устанавливать кроме микросхем памяти несколько корпусов микросхем DSP, ASIC, PLD, а также пассивных элементов.

Разработанные фирмой DPAC Technologies устройства для установки микросхем памяти в «этажерки» получили название DDR-технологий. Они запатентованы и стали, фактически, промышленным стандартом. Фирма DPAC Technologies продолжает разрабатывать все новые системы для компактной установки различных типов памяти в «этажерки».

Кроме того, фирма выпускает микросхемы памяти и предлагает их в комплекте с вышеуказанными изделиями (см. табл. 9).

Таблица 9

(Продолжение следует)

Изучаем сборку микросхемы оперативной памяти на примере Hynix GDDR3 SDRAM / Хабр

Для многих микросхема это черный ящик с нанесенной на нее маркировкой. Заглядываем в микросхему оперативной памяти и смотрим, что внутри. Небольшой реверс-инжиниринг в сборку. Статья для тех, кому интересна микроэлектроника и кто хочет познакомиться с ней.

Подопытная память была снята с видеокарты GT8800 в количестве 10 штук микросхем памяти по 32МБ каждая. Внешний вид образца для изучения. С одной стороны ИМС закрыта пластиком, с другой стороны текстолит с пластиковой бороздкой.

Удаляем верхний слой пластика. Под ним обнаруживается кристалл размером ~ 9.4 х 8 мм. Наполнителем пластика выступают стеклянные шарики приблизительно одного диаметра.

Кристалл перевернут, и топология находится с обратной стороны кристалла. Сам кристалл посажен на светло-коричневый компаунд. Он очень похож на силиконовый герметик, только более упругий. Удаляем пластиковую бороздку с обратной стороны кристалла.

В бороздке скрывается проволочная разварка, которая честно выполнена золотой проволокой. Интересным решением является расположение контактных площадок посередине кристалла. Это сделано скорее всего из-за того, что кристалл перевернут, и поэтому разваривать его на текстолит с площадками по периметру было бы сложнее – требовалось бы больше вырезов на текстолите. Есть память, в которой кристалл припаивается на микрошары, и такая память работает на бОльших частотах. У такой памяти отсутствует пластиковая бороздка снизу, наличие которой указывает на скрытую там проволочную разварку.

По размерам толщины кристалла и текстолита составляют порядка 250мкм соответственно. Сломать такой кристалл очень легко, поэтому съем кристалла проходил долго, сложно, нервно и получился далеко не с первого раза. Хорошо, что память была не в единичном экземпляре.
Снятый кристалл очищаем от компаунда (герметика).

Перед нами верхняя топология кристалла объемом 32 МБ. Топология памяти является повторяющейся. В ней можно видеть много одинаковых повторяющихся прямоугольных областей разного размера. Топология как будто зеркалирована по горизонтали и вертикали.

Если приблизиться в одну из таких прямоугольных область, то в ней можно видеть еще одинаковые квадратные блоки. Приближение 40Х.

Организация памяти из датащита. Память представляет собой массивы массивов. В ней строки и столбцы объединяются в банки памяти, а они в свою очередь образовывают массивы банок. Это все повторяющиеся структуры.
Массивы объединяются шинами, по которым доставляется напряжение питания и данные. Приближение 400Х. Кликабельно.

Проводить дальнейший анализ топологии мне не позволяет оборудование и знания. Но где-то там, в глубине слоев располагаются миллионы микроскопических конденсаторов и транзисторов. Приближение 400Х. Кликабельно.

Ячейка оперативной памяти DRAM. Состоит из транзистора и конденсатора.

Вывод: Кристаллы оперативной памяти довольно большие по площади, и это относится ко всей SDRAM памяти, от DDR1 до DDR6, а это съедает кремниевый бюджет пластины и играет не последнюю роль в формировании её стоимости. Спасибо инженерам за максимальное удешевление сборки – применение текстолита, пластика и т.д. Объемы памяти также впечатляют. Сейчас никого не удивить гигабайтами памяти – мы к этому привыкли.

Знакомство с оперативной памятью на кристалле — JBLopen

Оперативная память на кристалле, часто обозначаемая аббревиатурой OCRAM или OCM, существует со времен самой ранней системы на кристаллах (SoC). Вначале встроенная память была относительно небольшой и в основном использовалась загрузчиками и в качестве простой временной памяти. С тех пор оперативная память на кристалле изменилась с точки зрения размера, скорости и функций, поскольку SoC стали более сложными и часто включают обнаружение и исправление ошибок, несколько портов и дополнительную безопасность. Широкое разнообразие применений OCRAM означает, что разработчикам SoC доступны различные проектные решения и ограничения, которые могут иметь некоторое влияние на предполагаемое использование с точки зрения разработчика приложения.

В этой статье будут рассмотрены основные функции и особенности проектирования, которые могут повлиять на встроенное приложение, использующее OCRAM. Основное внимание будет уделено высокопроизводительным SoC и процессорам приложений. Встроенная память для микроконтроллеров с более низкой производительностью, таких как Cortex-M, играет другую роль и обычно проектируется и оптимизируется иначе, чем их аналоги SoC.

Что такое встроенная оперативная память

Встроенная оперативная память — это, возможно, один из нескольких типов встроенной памяти (OCM), доступных на SoC. Другие типы могут включать постоянную память (ROM0, Flash, EEPROM и даже предохранители OTP, которые можно рассматривать как форму хранения данных, доступную на SoC.

Встроенная оперативная память чаще всего реализуется как быстрая статическая оперативная память с малой задержкой. Обычно он практически не требует настройки перед использованием, что означает, что он может быть доступен в начале последовательности загрузки. OCRAM часто используется как важный компонент процесса загрузки, предоставляя загрузчику небольшое количество ресурсов ОЗУ перед инициализацией основной внешней SDRAM. После загрузки он чаще всего доступен для использования операционной системой и приложением по мере необходимости.

Функции OCRAM

OCRAM поставляется в различных размерах с различными функциями и характеристиками, разработанными для оптимизации их для конкретной SoC и ее предполагаемого использования. Помимо размера, одной из наиболее важных характеристик встроенного ОЗУ является его расположение в иерархии кэша и шины, о чем мы поговорим ниже.

Размер

Основной характеристикой OCRAM является его размер. Объем доступной оперативной памяти на кристалле может значительно различаться в зависимости от SoC от нескольких килобайт до многих мегабайт. Большие размеры имеют тенденцию быть медленнее с более высокой задержкой доступа. Однако соотношение между размером и скоростью не совсем линейно и варьируется от SoC к SoC и предполагаемому использованию OCRAM. Наконец, размеры от мегабайта и выше обычно предназначены для использования в качестве основной памяти, возможно, заменяющей внешнюю SDRAM, и разработаны с учетом того, что кэш L1 используется между OCRAM и ЦП.

Расположение OCRAM

OCRAM можно разделить на три типа в зависимости от их расположения по отношению к ядру ЦП.

Рисунок 1 – Схемы возможного расположения OCRAM.

Сильно связанная память

Несмотря на то, что в мире прикладных процессоров встречается редко, тесно связанная память или сокращенно TCM заслуживает обсуждения. Чаще встречается во встроенных MCU с низким энергопотреблением, таких как Cortex-M, где он называется Core-Coupled Memory (CCM). Однако TCM можно найти, например, в некоторых высокопроизводительных SoC реального времени на базе ARM Cortex-R.

Сильно связанная память реализована очень близко к ЦП с задержкой доступа и пропускной способностью на уровне или близком к кэш-памяти L1. Это приводит к очень высокой производительности, близкой к пиковой пропускной способности памяти ЦП, без использования промежуточной кэш-памяти. Это также снижает потребность в операциях обслуживания кэша в некоторых ситуациях. Чтобы быть эффективным, TCM должен быть реализован близко к ЦП и работать на тактовой частоте ядра или близкой к ней. Это означает, что TCM обычно имеют небольшие размеры, размеры которых аналогичны кэш-памяти L1, чтобы сохранить низкое энергопотребление и площадь кристалла.

TCM, подключенный непосредственно к ядру ЦП, часто недоступен для других мастеров шины, таких как контроллер Ethernet или механизм прямого доступа к памяти. Кроме того, в многоядерной системе TCM может не использоваться совместно между ядрами. Когда он доступен для других мастеров в SoC, доступ от других мастеров должен проходить через порт бэкдора вместе с некоторой формой арбитража между бэкдором и ЦП, владеющим регионом TCM.

Рядом с ЦП

В качестве промежуточного звена между тесно связанной памятью и областью OCRAM, подключенной к центральному межсоединению, встроенная ОЗУ может быть подключена близко к ядру через выделенный порт с малой задержкой. В этой схеме OCRAM часто располагается на уровне, аналогичном кэш-памяти L2, который обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку доступа. В многоядерной системе это также обеспечивает быструю совместно используемую и, возможно, согласованную область памяти, доступную со всех ядер кластера SMP. Доступ от других мастеров осуществляется через второй порт (иногда называемый бэкпортом) вместе с некоторой формой схемы арбитража между ядрами ЦП и другими мастерами.

Этот тип OCRAM предлагает хороший компромисс между функциями и производительностью, обеспечивая быстрый доступ с малой задержкой от ЦП без использования какой-либо центральной пропускной способности межсоединений, в то же время обеспечивая доступ с аналогичной малой задержкой от других мастеров шины. Чтобы извлечь выгоду из непосредственной близости к ЦП, тактовая частота OCRAM обычно должна быть высокой, что увеличивает энергопотребление. Высокая тактовая частота и близость к центральному процессору означают, что этот тип OCRAM должен иметь разумный размер.

Off the Central Interconnect

Наконец, наиболее распространенное место для OCRAM — подключение к центральному межсоединению вместе с другими высокоскоростными периферийными устройствами. Реже можно найти OCRAM, подключенную через подчиненное межсоединение, но сейчас это довольно редко и часто зарезервировано для специального назначения в памяти микросхемы.

OCRAM на уровне основного межсоединения обычно тактируется с более низкой частотой, аналогичной тактовой частоте шины, и имеет большую задержку доступа. На них также влияет конкуренция за шину, и доступ от нескольких мастеров не разрешается на уровне ОЗУ, а шиной между всеми мастерами шины. Однако они могут быть больше, до нескольких мегабайт, и к ним можно эффективно обращаться с помощью периферийных устройств и механизмов прямого доступа к памяти.

Ограничения по ширине и выравниванию

Часто упускаемая из виду характеристика, которую необходимо учитывать при разработке приложения, основанного на производительности OCRAM, — это ограничения по ширине и выравниванию. Это особенно верно, если OCRAM не настроен как кэшируемый. Хотя большая часть встроенной оперативной памяти в SoC с ядром ЦП, поддерживающим невыровненный доступ, также поддерживает невыровненный доступ, может быть значительное ухудшение, связанное с невыровненным доступом. То же самое можно сказать и о ширине доступа, для достижения производительности, заявленной в документации производителя, обычно требуется определенный шаблон доступа.

Влияние ширины и выравнивания может быть особенно важным при совместном доступе к OCRAM между несколькими ведущими устройствами для различных целей. Например, если OCRAM используется для хранения критической части кода и данных для уменьшения задержки прерывания, большое количество невыровненных обращений от другого ЦП или периферийного устройства может значительно увеличить задержку.

Ситуация с одновременным доступом может быть дополнительно осложнена политикой арбитража. В некоторых SoC OCRAM будет выполнять арбитраж между запросами на полную шину, в то время как другие могут прерывать пакетный доступ в нескольких поддоступах, арбитраж которых выполняется независимо.

Исправление ошибок и проверка

OCRAM часто поддерживает обнаружение ошибок в форме простой проверки четности, а во многих случаях даже поддерживает исправление ошибок. В любом случае требование проверки или исправления ошибок зависит от конкретного приложения, однако важно помнить, что для правильной работы ECC может потребоваться определенная последовательность инициализации. Особенно, если ECC или четность включены после запуска загрузчика, может потребоваться либо сбросить, либо перезаписать всю OCRAM один раз, чтобы инициализировать биты четности до известного значения.

Выделенное использование

Некоторые области OCRAM могут быть выделены для конкретного использования, например, в качестве кадрового буфера для контроллера ЖК-дисплея или частной области памяти DMA для контроллера USB. В этом случае можно использовать ОЗУ в качестве памяти общего назначения, если выделенная функция не требуется. Часто это можно сделать без какой-либо настройки или снижения производительности. Однако иногда может потребоваться определенный шаг настройки, например, некоторые банки ОЗУ могут служить либо кэшем L2, либо OCRAM общего назначения, которую можно настроить во время инициализации ЦП. В других случаях доступ к выделенной памяти может быть медленнее, если он выполняется с другого мастера.

Безопасность

Помимо общего контроля доступа через MMU, встроенная память может реализовывать дополнительные механизмы контроля доступа, такие как ARM TrustZone. При реализации память обычно называется защищенной памятью.

Интересно отметить, что даже без каких-либо дополнительных функций безопасности обычный OCRAM может иметь несколько явных преимуществ в плане безопасности. Во-первых, чтение или отслеживание из внешнего агента обычно намного сложнее, чем из памяти DDR. Он также не страдает от проблем с сохранением и невосприимчив к эксплойту Row Hammer. Кроме того, при правильной настройке MMU данные, хранящиеся в OCRAM, могут быть гораздо более устойчивыми к различным временным атакам, таким как Spectre и Meltdown.

Сохранение состояния низкого энергопотребления

Последняя функция, о которой следует упомянуть в этой статье, — сохранение состояния низкого энергопотребления. Тем более, что большинство SoC используют внешнюю DDR, внутреннюю OCRAM иногда можно использовать для хранения постоянных данных, которые сохраняются даже в состоянии низкого энергопотребления.

На этом пока все, но ожидаются дополнительные темы по этому вопросу, такие как конкретные проблемы конфигурации и информация о задержке и тестировании пропускной способности.

Вопросы или комментарии?

Не стесняйтесь обращаться к нам по адресу blog@jbloopen. com. Ваши вопросы, комментарии и предложения приветствуются.

Как создается память? | Crucial.com

Вы когда-нибудь задумывались, из чего состоит оперативная память и как производится память? Вот закулисный взгляд на строгий процесс, который мы предпринимаем для производства памяти и обеспечения того, чтобы вы получили высококачественный продукт.

Существуют разные виды памяти, но все они сделаны одинаково. Читайте здесь о свойствах разных видов памяти. Информацию о различных видах серверной памяти читайте здесь.

Часть I: От кремния до готовой пластины

Микросхемы памяти представляют собой интегральные схемы с различными транзисторами, резисторами и конденсаторами, которые должны быть сформированы на каждой микросхеме. Эти интегральные схемы начинаются с кремния, который обычно извлекается из песка. Превращение кремния в микросхемы памяти — это кропотливая и кропотливая процедура, в которой участвуют инженеры, металлурги, химики и физики. Память производится на большом объекте, называемом фабрикой, в котором есть множество чистых комнат. Полупроводниковые микросхемы памяти изготавливаются в чистых помещениях, потому что схемы настолько малы, что даже мельчайшие частицы пыли могут повредить их. Основное предприятие Micron в Бойсе, штат Айдахо, занимает площадь более 1,8 миллиона квадратных футов и имеет чистые помещения класса 1 и класса 10. В чистом помещении класса 1 в кубическом футе воздуха содержится не более 1 частицы пыли. Для сравнения, в чистой современной больнице содержится около 10 000 частиц пыли на кубический фут воздуха. Воздух в чистом помещении постоянно фильтруется и циркулирует. Члены производственной группы носят специальные шапочки, халаты и маски, которые защищают воздух от частиц.

Шаг 1: Слитки кремния

Первым шагом от кремния к интегральной схеме является создание чистого монокристаллического цилиндра или слитка из кремния диаметром 330 миллиметров. После формирования слитки кремния нарезаются на тонкие, тщательно отполированные пластины толщиной менее шести миллиметров. Элементы схемы чипа (транзисторы, резисторы и конденсаторы) затем строятся слоями на кремниевой пластине. Схемы разрабатываются, тестируются с помощью моделирования и совершенствуются в компьютерных системах до того, как они будут построены. Когда проектирование завершено, изготавливаются стеклянные фотошаблоны — по одной маске на каждый слой схемы. Фотомаски представляют собой непрозрачные пластины с отверстиями или прозрачные пленки, которые позволяют свету проникать в определенном порядке, и эти маски необходимы для следующего этапа производственного процесса: фотолитографии.

Шаг 2: Фотолитография

В стерильной чистой комнате пластины подвергаются многоэтапному процессу фотолитографии, который повторяется один раз для каждой маски, необходимой для контура. Маски используются (а) для определения различных частей транзистора, конденсатора, резистора или соединителя, которые будут составлять интегральную схему, и (б) для определения схемы схемы для каждого слоя, на котором изготовлено устройство. В начале производственного процесса голые кремниевые пластины покрывают тонким слоем стекла, а затем слоем нитрида. Стеклянный слой формируется путем воздействия кислорода на кремниевую пластину при температуре 900 градусов Цельсия в течение часа или более, в зависимости от того, насколько толстым должен быть слой. Стекло (диоксид кремния) образуется, когда кремниевый материал в пластине подвергается воздействию кислорода. При высоких температурах эта химическая реакция (называемая окислением) происходит очень быстро.

Шаг 3: Фоторезист

Затем пластина равномерно покрывается густой светочувствительной жидкостью, называемой фоторезистом. Части пластины выбираются для экспонирования путем тщательного выравнивания маски между источником ультрафиолетового света и пластиной. В прозрачных участках маски свет проходит и обнажает фоторезист. Под воздействием ультрафиолетового света фоторезист претерпевает химические изменения, что позволяет раствору проявителя удалить экспонированный фоторезист и оставить неэкспонированную часть на пластине. Для каждой маски, требуемой схемой, процесс фотолитографии/фоторезиста повторяется.

Шаг 4: травление

На этапе травления на пластину наносится влажная кислота или сухой плазменный газ для удаления части нитридного слоя, незащищенного затвердевшим фоторезистом. Это оставляет нитридный рисунок на пластине точно по дизайну маски. Когда затвердевший фоторезист удаляется (очищается) другим химическим веществом, теперь на пластину можно выгравировать сотни чипов памяти.

Часть II: Наслоение пластины и завершение схемы

В части I производственного процесса все элементы схемы (транзисторы, резисторы и конденсаторы) были созданы во время начальных операций с маской. Следующие шаги соединяют эти элементы вместе, создавая набор слоев.

Шаг 5: Наслоение алюминия

Чтобы начать соединение элементов схемы, на пластину наносится изолирующий слой стекла (называемый BPSG), а контактная маска используется для определения точек контакта (или окон) каждого из элементов схемы. После травления контактных окон вся пластина покрывается тонким слоем алюминия в камере напыления. Когда на алюминиевый слой наносится металлическая маска, образуется сеть тонких металлических соединений или проводов, создающих путь для цепи.

Шаг 6: Пассивация

Затем вся пластина покрывается изолирующим слоем из стекла и нитрида кремния для защиты от загрязнения во время сборки. Это защитное покрытие называется пассивирующим слоем. Затем следует окончательный процесс травления маски и пассивации, при котором пассивирующий материал удаляется с клемм, которые называются контактными площадками. Теперь свободные контактные площадки используются для электрического соединения кристалла с металлическими штырями на пластиковом или керамическом корпусе, и теперь интегральная схема готова. Перед отправкой пластины на сборку каждая интегральная схема на пластине тестируется. Функциональные и нефункциональные микросхемы идентифицируются и отображаются в файле компьютерных данных. Затем алмазная пила разрезает пластину на отдельные чипы. Неработающие чипы выбрасываются, а остальные готовы к сборке. Эти отдельные микросхемы называются кристаллами. Прежде чем матрица будет помещена в капсулу, они крепятся к выводным рамкам, где тонкие золотые провода соединяют контактные площадки на микросхеме с рамками, чтобы создать электрический путь между матрицей и выводными пальцами.

Часть III: Подготовка штампа и тестирование

В части II производственного процесса была создана интегральная схема, и готовая пластина была разрезана на штампы. Следующие шаги подготавливают кристалл к использованию в готовых модулях.

Шаг 7: Инкапсуляция

При герметизации выводные рамки помещают на плиты пресс-формы и нагревают. Расплавленный пластиковый материал прессуется вокруг каждой матрицы, образуя ее индивидуальную упаковку. Форма открывается, а свинцовые рамки выдавливаются и очищаются.

Шаг 8: Гальваника

Гальванопокрытие — это следующий процесс, при котором инкапсулированные свинцовые рамки «заряжаются» при погружении в раствор олова и свинца. Здесь ионы олова и свинца притягиваются к электрически заряженной свинцовой рамке, что создает однородное металлизированное покрытие, увеличивая проводимость матрицы и обеспечивая чистую поверхность, чтобы можно было установить матрицу.

Шаг 9: Обрежьте и придайте форму

При обрезке и формовании рамы с выводами загружаются в машины по обрезке и формовке, где формируются выводы, а затем отделяется стружка от рамок. Затем отдельные чипы помещаются в антистатические тубы для обработки и транспортировки в испытательную зону для окончательного тестирования.

Шаг 10: Тестирование на выгорание

При тестировании на выгорание каждый чип тестируется, чтобы увидеть, как он работает в ускоренных стрессовых условиях. Тестирование на выгорание является критически важным компонентом надежности модуля. Тестируя модули в ускоренных стрессовых условиях, мы можем отсеять несколько модулей в каждой партии, которые выйдут из строя после минимального использования. Для проведения обжиговых испытаний мы используем лучшие в отрасли печи AMBYX, которые наши инженеры разработали специально для обжиговых испытаний. После того, как микросхемы памяти проходят испытания на сжигание, они проверяются, герметизируются и готовятся к сборке.

Шаг 11: Сборка и сборка печатной платы

После того, как микросхемы памяти изготовлены, их необходимо подключить к материнской плате вашего компьютера. Печатные платы (PCB) решают эту проблему, предоставляя способ подключения микросхем к материнской плате. Для этого микросхемы монтируются на печатную плату (PCB), а конечным продуктом является готовый модуль памяти. Печатные платы строятся в виде массивов или листов, состоящих из нескольких одинаковых плат. После сборки массив разделяется на отдельные модули, подобно тому, как плитку шоколада можно разбить на более мелкие квадраты. Изменяя общее количество печатных плат в каждом массиве в зависимости от размера, Micron максимизирует количество модулей, изготовленных из заданного количества сырья.

Часть IV: Сборка модуля

В части III производственного процесса кристалл и печатная плата были подготовлены для окончательной сборки модуля. Заключительные шаги охватывают процесс сборки модуля.

Шаг 12: Трафаретная печать

Когда конструкция модуля доведена до совершенства и изготовлены печатные платы, начинается сборка модуля памяти! Сборка включает в себя сложную процедуру пайки, которая прикрепляет микросхемы памяти к печатной плате. Это начинается с трафаретной печати. ​​При трафаретной печати трафарет используется для нанесения паяльной пасты на готовую печатную плату. Паяльная паста — это липкое вещество, которое удерживает чипы на печатной плате. Использование трафарета обеспечивает нанесение паяльной пасты только на те места, где будут крепиться компоненты (чипы). Точки крепления легко найти благодаря реперам, которые представляют собой метки на печатной плате, которые определяют, где необходимо разместить микросхемы. разместить микросхемы на печатной плате. Машины для захвата и размещения запрограммированы так, чтобы знать, какие чипы куда помещаются, поэтому, когда машина берет чип из устройства подачи и размещает его на печатной плате, она точно знает, где находится чип. Процесс размещения чипа происходит для всех оставшихся чипов и любых других компонентов модуля. Из всех этапов изготовления памяти этот самый быстрый: микросхемы размещаются на готовой плате всего за несколько секунд!

Шаг 13: Пайка и крепление

Затем собранные микросхемы и платы проходят через печь. Тепло плавит паяльную пасту в жидкость. Когда припой остывает, он затвердевает, оставляя прочную связь между микросхемами памяти и печатной платой. Поверхностное натяжение расплавленного припоя предотвращает смещение чипов во время этого процесса. После прикрепления чипов массив разделяется на отдельные модули. Члены команды Micron визуально проверяют каждый модуль. Многие модули также проходят дополнительную проверку с использованием автоматизированного рентгеновского оборудования, чтобы убедиться в правильности пайки всех соединений. Все модули памяти Micron соответствуют критериям приемки IPC-A-610 — отраслевому стандарту, признанному во всем мире.

Шаг 14: Проверка качества после сборки

Затем Micron тестирует и маркирует модули. Мы используем специализированное оборудование для автоматического тестирования производительности и функциональности. Это исключает любую возможность того, что оператор по ошибке поместит неисправный модуль в проходное место. Некоторые модули запрограммированы с идентифицирующим «Жетоном», который ваш компьютер распознает и прочитает.

Шаг 15: Отгрузка

Перед отправкой производителям компьютеров и потребителям статистически значимая часть готовых модулей случайным образом отбирается для окончательной проверки качества. После того, как модули одобрены для использования, они помещаются в пластиковые лотки и пакеты с защитой от электростатических разрядов и готовятся к доставке. После обширного производственного процесса ваша память готова к использованию.