FRAM टेक्नोलॉजी

आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर में मेमोरी आमतौर पर ऊर्जा आपूर्ति पर निर्भरता के अनुसार विभाजित होती है। गैर-वाष्पशील मेमोरी में DRAM और SRAM प्रौद्योगिकियां, गैर-वाष्पशील मेमोरी - EEPROM / Flash शामिल हैं। यह पृथक्करण इस तथ्य के कारण मौजूद है कि DRAM / SRAM का गैर-वाष्पशील मेमोरी की तुलना में बेहतर प्रदर्शन है। लेकिन क्या होगा यदि गैर-वाष्पशील मेमोरी होती है जो पढ़ने / लिखने की गति और बिजली की खपत में गैर-वाष्पशील मेमोरी से नीच नहीं थी? यह पता चला है कि ऐसी प्रौद्योगिकियां मौजूद हैं। स्मृति के इस वर्ग के प्रतिनिधियों में से एक FRAM या FeRAM तकनीक है। मैं बिल्ली के नीचे विवरण मांगता हूं।

तो, FeRAM या फेरोमैग्नेटिक रैंडम एक्सेस नॉन-वाष्पशील मेमोरी एक प्रकार की मेमोरी होती है जिसका ऑपरेटिंग सिद्धांत एक फेरोइलेक्ट्रिक में हिस्टैरिसीस प्रभाव पर आधारित होता है। जब एक विद्युत क्षेत्र को सेल पर लागू किया जाता है, तो यह अपने ध्रुवीकरण को बदल देता है, हिस्टैरिसीस लूप के दूसरे हिस्से में गुजरता है। इसके कारण, दो राज्यों को प्राप्त करना संभव है जो ऊर्जा से अच्छी तरह से अलग हैं, और यह इस तरह के सेल पर आधारित स्मृति बनाने के लिए पर्याप्त है। यह अच्छी तरह से Fujitsu की साइट से GIFs द्वारा सचित्र है - FRAM के मुख्य उत्पादकों में से एक।


Fig.1। FRAM के संचालन का सिद्धांत। यह

समझने के लिए कि यह शास्त्रीय प्रकार की मेमोरी पर क्या लाभ देता है, अन्य प्रकार के मेमोरी के संचालन के मूल सिद्धांतों को याद रखना भी आवश्यक है।

DRAM (डायनामिक रैम) के संचालन का सिद्धांत संधारित्र के चार्ज को पढ़ने और बदलने पर आधारित है। यदि संधारित्र चार्ज किया जाता है, तो सेल "1" स्थिति में है, यदि छुट्टी दे दी गई है, तो यह राज्य में है "0"। बिल्कुल छाता की तरह। मेमोरी कोशिकाओं में गति बढ़ाने के लिए, छोटे कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है, जिनमें से चार्ज अपेक्षाकृत जल्दी होता है। इसलिए, सूचना की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, जानकारी को पुन: उत्पन्न करना होगा। कम लागत (SRAM की तुलना में) और उच्च गति (डिस्क ड्राइव की तुलना में) के कारण DRAM का उपयोग आधुनिक कंप्यूटर पर RAM के रूप में किया जाता है।


अंजीर। 2 ठेठ घूंट

SRAM (स्टेटिक रैम) DRAM की तुलना में बहुत अधिक जटिल है, और इसलिए बहुत अधिक महंगा है। ऑपरेशन का इसका सिद्धांत सीएमओएस ट्रांजिस्टर के उपयोग पर आधारित है। कई ट्रांजिस्टर के संयोजन के दौरान, आप एक ट्रिगर प्राप्त कर सकते हैं - एक सेल जो एक निश्चित तार्किक स्थिति को बचाता है। इस प्रकार की मेमोरी के लिए, राज्य पुनर्जनन की आवश्यकता नहीं है, लेकिन फिर भी, बिजली की अनुपस्थिति में, डेटा खो जाता है, अर्थात। स्मृति अस्थिर रहती है। इस तरह की मेमोरी DRAM से तेज होती है। चूंकि ऐसी मेमोरी DRAM की तुलना में बहुत अधिक महंगी है, इसलिए इसका उपयोग किया जाता है जहां प्रोसेसर कैश में बहुत कम प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है।


चित्र 3 सिक्स-ट्रांजिस्टर SRAM सेल

आधुनिक फ्लैश और EEPROM तथाकथित फ्लोटिंग गेट के साथ ट्रांजिस्टर के उपयोग पर आधारित हैं। इलेक्ट्रॉनों को अर्धचालक संरचना की "जेब" में इंजेक्ट किया जाता है, और उनकी उपस्थिति / अनुपस्थिति को बाहरी रूप से पता लगाया जा सकता है। यह एक ऐसी संपत्ति है जो स्मृति के रूप में ऐसी संरचनाओं के उपयोग की अनुमति देती है। चार्ज जेब से बाहर निकलता है, लेकिन यह धीरे-धीरे होता है (~ 10-20 साल), जो कि EEPROM / Flash को गैर-वाष्पशील मेमोरी के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। फ्लैश का उपयोग प्रोग्राम कोड को माइक्रोकंट्रोलर डिवाइस में स्टोर करने के लिए किया जाता है, साथ ही मेमोरी कार्ड में भी।


Fig.4 एक अस्थायी गेट के साथ ट्रांजिस्टर

क्यों FRAM इन प्रकार की मेमोरी से बेहतर है?

SRAM पर FRAM का मुख्य लाभ गैर-अस्थिरता है। जब मेमोरी चिप की शक्ति काट दी जाती है, तो यह अपनी पिछली स्थिति को बरकरार रखता है। इसी समय, इस प्रकार की मेमोरी का प्रदर्शन एक-दूसरे से तुलना करने योग्य है - एफआरएएम पर लेखन चक्र फुजित्सु वेबसाइट के अनुसार SRAM में 150 नैनोसेकंड बनाम 55 नैनोसेकंड लेता है । लेकिन एफआरएएम में फिर से लिखने वाले चक्रों की एक सीमित (यद्यपि विशाल - 10 ^ 13) संख्या है, जबकि एसआरएएम में इस तरह के प्रतिबंध नहीं हैं। डेटा पुनर्जनन की आवश्यकता के कारण DRAM बिजली की खपत के मामले में FRAM को बहुत खो देता है। इसलिए, DRAM का उपयोग ऊर्जा-संवेदनशील उपकरणों में नहीं किया जाता है।

फिर भी, हालांकि FRAM SRAM की विशेषताओं में तुलनीय है, आवेदन की मुख्य क्षमता फ्लैश मेमोरी पर महत्वपूर्ण लाभ से जुड़ी है। सबसे पहले, यह एक बहुत बड़ा प्रदर्शन है। इसी लिंक से फुजित्सु वेबसाइट पर, फ्लैश पर एक रिकॉर्डिंग चक्र का समय लगभग 10 माइक्रोसेकंड है। यहां हमें फ्लैश-मेमोरी के उपयोग की ख़ासियत का उल्लेख करना चाहिए - इसमें लेखन और मिटा देना पर्याप्त बड़े ब्लॉकों में किया जाता है। इसलिए, फ्लैश में एक बाइट को ओवरराइट करना समय और बिजली की खपत दोनों में बहुत महंगा आनंद है - आपको डेटा ब्लॉक को कहीं न कहीं सहेजने की जरूरत है, इसमें बाइट को बदलें, ब्लॉक के संबंधित अनुभाग को पूरी तरह से मिटा दें और इसमें अपडेट किए गए डेटा को ओवरराइट करें। यहाँ, वैसे, FRAM का एक और फायदा है रैंडम एक्सेस मेमोरी, जिसका मतलब है कि आप इसमें पड़ोसी लोगों को छूने के बिना व्यक्तिगत बिट्स को बदल सकते हैं।लेकिन एफआरएएम डेटा के बड़े ब्लॉक लिखते समय भी, यह तेजी से परिमाण का एक क्रम है। तो, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट कंट्रोलर में, 13 kB ब्लॉक लिखने पर FRAM में 1 सेकंड में 10 ms लगते हैं (फ़्लैश में)प्रमाण )। फ्लैश की एक और खामी फिर से लिखी गई साइकिलों की बहुत सीमित संख्या है - 10 ^ 5 के आदेश की।

जब मुझे इन सभी गुणों के बारे में पता चला, तो मेरा एक सवाल था - क्यों FRAM अभी भी फ्लैश नहीं मारा है? दरअसल, एफआरएएम की सभी विशेषताएं एक फ्लैश की विशेषताओं की तुलना में बेहतर परिमाण के आदेश हैं। यहां फेरोमैग्नेटिक रैम के मुख्य नुकसान सामने आए। सबसे पहले, यह तकनीक की प्रकृति के कारण सूचना का कम घनत्व है। इस कमी से एक और दोष यह है कि FRAM ड्राइव की क्षमता को काफी बड़ा नहीं किया जा सकता है। Fujitsu 4 एमबीपीएस तक की मेमोरी सर्किट प्रदान करता है, जिसकी तुलना मल्टी-गीगाबाइट फ्लैश ड्राइव से नहीं की जा सकती। एक और कमी स्मृति की बल्कि उच्च लागत है। आज, FRAM के पास सेमीकंडक्टर डिवाइस बाजार में बहुत कम हिस्सेदारी है।

किन अनुप्रयोगों के लिए एफएआरएम जैसे इष्टतम मेमोरी है? SRAM की थोड़ी मात्रा के साथ संयोजन में माइक्रोकंट्रोलर्स में पर्याप्त FRAM। वास्तव में, यह बहुत ही अनुप्रयोग है जिसने मुझे इस प्रकार की स्मृति में आकर्षित किया है। उदाहरण के लिए, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने पूरी तरह से गायब फ्लैश / ईईपीआरओ के साथ एफआरएएम माइक्रोकंट्रोलर्स की एक पंक्ति जारी की है। उनमें कोड FRAM सेगमेंट में लिखा गया है, और उसी FRAM में डेटा को नियमित रूप से RAM मेमोरी की तरह एक्सेस किया जा सकता है। ऐसा एप्लिकेशन सुविधाजनक है जहां एक महत्वपूर्ण मात्रा में डेटा है जिसे अक्सर अधिलेखित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक पोर्टेबल लकड़हारा जिसके लिए बिजली की खपत महत्वपूर्ण है। आप एक निश्चित समय के लिए एफआरएएम में डेटा रिकॉर्ड कर सकते हैं, फिर विश्लेषण कर सकते हैं और उदाहरण के लिए, औसत मूल्यों के बारे में वायरलेस तरीके से डेटा भेजें।इस उपयोग के साथ फ्लैश मेमोरी असुविधाजनक है - यह बैटरी को जल्दी से खत्म कर देगा, और सीमित रिकॉर्डिंग चक्रों के कारण, कुछ समय बाद, क्षतिग्रस्त मेमोरी कोशिकाओं के साथ समस्याएं दिखाई दे सकती हैं। इस प्रकार, एफआरएएम अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा के साथ कम शक्ति वाले अनुप्रयोगों और गैर-वाष्पशील मेमोरी में लेखन की उच्च आवृत्ति के लिए फायदेमंद है। सामान्य तौर पर, टीआई अपनी वेबसाइट पर इंगित करता है कि उनकी राय में किन क्षेत्रों में ऐसी मेमोरी सबसे सुविधाजनक है।

मुझे आशा है कि मैं इस दिलचस्प और असामान्य तकनीक की ओर आपका ध्यान आकर्षित करने में कामयाब रहा, जिसके बारे में, दुर्भाग्य से, हैबे / गाइतिम्स पर व्यावहारिक रूप से कोई जानकारी नहीं है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi390389/