SRAM的性能及结构

英尚微电子

SRAM它也由晶体管组成。接通代表1，断开表示0，并且状态会保持到接收了一个改变信号为止。这些晶体管不需要刷新，但停机或断电时，它们同DRAM一样，会丢掉信息。SRAM的速度非常快，通常能以20ns或更快的速度工作。静态ram中所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。因此SRAM具有较高的性能，
. v1 K/ }0 s+ g
SoC随着工艺进步设计复杂度增加，embeded sram也越来越多。在40nm SoC产品Sram一般在20Mbits左右，当工艺发展到28nm时Sram就增加到100Mbits。如果考虑AI产品，Sram估计更多。如何更好的测试Sram就成为量产测试的重中之重。
+ W) m0 \# Y& Y8 {
SRAM的性能
( f* o' q2 J- p5 F$ w; b& M2 N·memory compiler的选择
对于一个memory size大小确定的memory block，Column Mux越大，Row address位宽越小：

- memory读写的访问速度就高 （row译码选择快）
* U2 d* z6 C  ]7 `; r7 M8 Y2 S
- memory的面积大（cell和cell的横向距离大于纵向距离，column mux增加很增加bits per wordline--横向，减少wordline数--纵向，横向尺寸增加远大于纵向）

- 因为一次选择的row地址对应的cell多，功耗也会增加
- b  H8 E/ h( j( \: I+ o
电流功耗
% I' |* _, h9 y总电流功耗包括dynamic power和leakage power。不同的sram cell单元（比如HPC，HDC等等）功耗指标不同，体系结构设计需要在面积，速度和功耗之间寻找平衡。

-leakage current是永远存在的

Poweroff模式(cell+periphery off)< Retention模式(cell ON+periphery OFF) < Standby模式（cell+periphery on）
+ Y0 E6 M, j+ M: y' @  \
: g0 r1 i; W, e& x" r1Mbits memory的standby/Ret leakage电流在0.2mA左右，poweroff leakage电流在0.03mA左右。
7 q& _, `- f- E  E) _0 d' l
2 K! g, n) |% }# y2 A8 F-dynamic current：column mux，读写速度，读写辅助电路等都会影响动态电流
/ N$ a- t/ I4 O7 c+ }6 g9 S% f
如果在常温状态下leakage current比较大，在高温或者大的dynamic current时必须注意thermal runaway的风险，因为温度升高leakage current会增加很快，总功耗的增加会进一步增加温度，形成正反馈。

SRAM的其他特性
SRAM的读写时间可以做成self-timing，当读写被时钟上升沿trigger以后，SRAM内有dummy bitline+dummy driver来驱动计时器得到读写的时间。得到读写时间后，用该时间访问实际sram cell保证读写时间ok。
& p, e( U* I. b/ D- ~- ]( l8 D( X
5 C/ e* A" ]2 O' K8 X( q
SRAM的结构
$ C( N) t$ \4 \  o1 N) k一个6T sram cell的经典结构如图所示：

/ |8 f7 g, |2 s' y

这些SRAM cell集合成如下图的多个bank的memory block，每个bank有bank address使能；在一个bank内Row address选择一个完整的wordline，Column address选择某组IO bitlines。
举个例子说明如下：
8 L" I) G; `. N6 l1 r) _# r) G, |
* g" Y: {- p0 v, J3 B一个memory block是4096x32 cm16，该memory size = 4096*32= 128k bits, row address is 8bits (4096/16 = 256 wordlines), column address is 4 bits(0~15), Wordline bits = 32*16 = 512 bits.
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在40nm SoC产品Sram一般在20Mbits左右，当工艺发展到28nm时Sram就增加到100Mbits。如果考虑AI产品，Sram估计更多。如何更好的测试Sram就成为量产测试的重中之重。