طراحی ماژول حافظه sram و sttram با مصرف توان بسیار پایین و قابلیت اطمینان بالا

حافظه های sram به طور گسترده ای بر روی اکثر تراشه ها به عنوان حافظه موقت در کنار پردازنده ها مورد استفاده قرار می گیرند. از طرف دیگر حافظه های sram بیش از 80% از فضای پردازنده های پیشرفته را اشغال کرده و بیش از 60% مصرف توان این پردازنده ها به این نوع از حافظه اختصاص می یابد. بنابراین پارامترهای فضای اشغال شده و توان مصرفی سلول های sram جزو پارامترهای با اهمیت زیاد است. از طرف دیگر توسعه کاربردهای وسایل قابل حمل و کاشتنی در درون بدن اهمیت دو پارامتر فوق الذکر مخصوصا کنترل مصرف توان را افزایش داده است. بدلیل اهمیت بهبود دو پارامتر ذکر شده در بالا خصوصا مصرف توان راه حل های زیادی در سطح طراحی سلول، طراحی مدارهای جانبی، و استفاده از ترانزیستورهای جدید در گذشته پیشنهاد شده اند. همچنین در سالهای اخیر حافظه های جدیدی در حال توسعه و پیشرفت می باشند که پیش بینی می شود در آینده نزدیک به عنوان جانشین حافظه های sram مورد استفاده قرار گیرند. در بین آنها حافظه sttram بدلیل سرعت بالا (در حدود sram)، چگالی بالا (در حدود dram) و غیر فرار بودن (مثل flash) یکی از کاندیداهای اصلی جایگزینی حافظه sram در آینده نزدیک می باشد. در این رساله سعی شده است تا کاهش مصرف توان در سلولهای sram در تمام سطوح ذکر شده مورد بررسی قرار گیرد. در همین راستا ابتدا مقایسه جامعی بین ترانزیستورهای cmos و finfet انجام شده و مزایا و معایب استفاده از هر کدام از آنها بر روی عملکرد دو سلول پایه sram مورد بررسی قرار گرفته است. در سطح طراحی سلول، یک سلول 6 ترانزیستوری جدید پیشنهاد شده است که علاوه بر کاهش فضای اشغال شده منجر به کاهش چشمگیر مصرف توان از طریق کاهش حداقل منبع ولتاژ می گردد. در سطح مدارهای کمکی جانبی نیز یک روش کمکی نوشتن جدید پیشنهاد شده است. اثر این مدار جانبی بر روی عملیات نوشتن در سلول پیشنهادی و سلول 10 ترانزیستوری مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجایی که حاشیه نویز در زمان عملیات نوشتن عامل محدود کننده حداقل ولتاژ منبع در اکثر سلولهای sram می باشد، استفاده از روش کمکی نوشتن پیشنهادی اجازه عملکرد صحیح سلول sram در ولتاژهای پایین تر را می دهد. این امر به نوبه خود باعث بهبود چشمگیر مصرف توان مدار می شود. در نهایت بررسی کاملی بر روی حافظه sttram انجام شده است. از آنجایی که در این نوع از حافظه عمده مصرف توان مدار به عملیات نوشتن اختصاص دارد، دو روش جدید جهت کاهش موثر مصرف توان در زمان عملیات نوشتن پیشنهاد شده است. یکی از عواملی که منجر به مصرف توان زیاد حافظه sttram در زمان نوشتن می گردد تفاوت چشمگیر عملیات نوشتن داده "1" و "0" می باشد. در روش اول پیشنهادی سعی شده تا اندازه ممکن زمان و توان عملیات نوشتن "1" و "0" به یکدیگر نزدیک شوند. در روش دوم پیشنهادی مصرف توان عملیات نوشتن از طریق ردیابی عملیات نوشتن و اتمام آن به محض تغییر حالت سلول، کاهش داده شده است.