LPDDR的運作

　　LPDDR4功能本質上包含四項基本操作：啟動、讀取、寫入和預充電。這些操作的其他變異形式，如突發(fā)讀取/寫入和自動預充電等，可能構成一個更長的指令列表，但并不至于帶來新的技術挑戰(zhàn)。此外，它還添加了刷新、訓練和模式緩存器作業(yè)等維護性指令，以因應復雜的操作命令。

　　這些基本的操作簡要介紹如下： 啟動： 在內存數(shù)組中選擇特定字符線(wordline)，即可“開啟”一個分頁。該分頁上的內容將會被感測到并進行鎖存，然后保持開啟以用于在讀取作業(yè)時進行回寫，或在“讀取-修改-寫入”作業(yè)時被再次寫入。 讀?。?開啟讀取數(shù)據序列，每個burst內存群組的數(shù)據會從感測放大鎖存中被加載到DDR緩存器中。緊接著DDR緩存器開始依序讀取，每次讀取一個16bit字。同時，芯片透過隱藏緩存器在仍保持開啟狀態(tài)的分頁上進行回寫。 寫入： 數(shù)據被加載DDR緩存器，每次一個16位字。數(shù)據隨后被轉移到隱藏緩存器中，待分頁開啟時寫入數(shù)據。當進行寫入時，DDR緩存器可依需要同時加載新的256位數(shù)據，等待下一次寫入。 預充電： 在最后一個burst內存群組被讀取或寫入后，內存數(shù)組必須為下一次操作做好準備。在寫入情況下，必須等待一個寫入恢復延遲，以確保最后的burst群組可在繼續(xù)其他操作前被成功寫入。這時，開啟的分頁已被關閉，使位線能夠自由浮動，并重新充電回到先前提到的VDD/2電位。

　　值得注意的是，只有啟動操作才涉及內存數(shù)組感測;讀取操作只涉及在鎖存感測數(shù)據與DDR緩存器之間傳輸數(shù)據，以及讀取DDR緩存器的數(shù)值。

　　根據所需的操作序列不同，有些DDR的時序可能極其復雜。但如果相鄰讀取操作發(fā)生在不同內存組的數(shù)據之間，則可大幅簡化時序。因為在從下一個內存組中讀取數(shù)據之前，不必在原有的內存組中等待回寫和預充電。時序控制最困難的是來自同一內存組的連續(xù)讀寫。

實現(xiàn)內存數(shù)組：MAT

　　理論上，盡管一個內存組的邏輯容量可能達到32K行與16K列，但以現(xiàn)有技術而言，現(xiàn)實上并不可能制造出這樣的內存數(shù)組。這是因為：

　　• 驅動器在選擇分頁時的驅動能力有限;在性能符合規(guī)格要求的前提下，只有一定數(shù)量的選定晶體管可以被驅動。

　　• 感測放大只能支持有限數(shù)量的儲存單元。如果儲存單元的數(shù)量太多，由于電荷分配造成電壓變化減小，而被噪聲淹沒。

　　因此，為了確保內存芯片可靠且易于制造，每一種內存應用都存在不同程度的實體尺寸限制。達到這種上限的內存數(shù)組被稱作“內存數(shù)組片”(memory array tile;MAT)。每個MAT都是功能齊全的數(shù)組，本身包含字符線和位線的譯碼以及感測放大器。

　　以一種采用2x-nm工藝節(jié)點的一般DRAM MAT為例，其位線和字符線的規(guī)模分別達到1,024條和620條。字符線的數(shù)量并不是2的整數(shù)次方，這帶來了一些解碼方面的挑戰(zhàn)。該芯片或許只用了最后的幾個MAT，但這是一個可以忽略的芯片建置細節(jié)。

　　透過打造一個16×53大小的MAT數(shù)組，可為具有這一尺寸的內存組實現(xiàn)總共848個MAT。一個完整分頁整合一行MAT的內存單元：當開啟一個分頁時，同時啟動同一行有MAT內存單元上相應的字符線。

　　圖5：傳統(tǒng)DRAM的實體布局

　　在了解了這些背景知識后，接下來將討論全新的Kilopass內存單元，以及它如何打造與此相同的儲存組。

VLT內存單元

　　Kilopasss的全新內存單元基于一種垂直分布的閘流體(也被稱為半導體控制整流器，或SCR)。這種采取pnpn結構的堆棧建構于一個p-阱上，可帶走來自底部n型層的任何空洞。

　　圖6：VLT內存單元：帶有寫入輔助的PMOS晶體管的閘流體

　　在淺溝槽隔離(STI)結構中植入一個埋入式字符線，使底部的n層連接到一個字符。埋入式字符線與外部銅金屬M1層字符線透過具有較大電阻的金屬鎢實現(xiàn)連接，因而可以制造比傳統(tǒng)DRAM更長的字符線。

　　由于感測機制并非采用電荷分配，使感測放大器可承受更長的位線。因此，這種技術可以支持高達2Kbit寬、4Kbit深或總共8M位的MAT——遠大于傳統(tǒng)的DRAM MAT。采用更少片較大型MAT拼接成的內存芯片較采用多片小尺寸MAT的花費更低，因而可使VLT內存的數(shù)組效率達到77%，相形之下，同樣采用2x-nm節(jié)點的傳統(tǒng)DRAM效率只有64%。