芯片片上SRAM存儲(chǔ)概略及生成使用實(shí)踐?(上)
同樣的芯片,也可以從不同維度進(jìn)行區(qū)分,譬如:邏輯功能分類(core,peripheral,interface 等等),門級(jí)功能分類(寄存器,組合邏輯,存儲(chǔ)器,phy等等)。
這里,就一起來(lái)從芯片的門級(jí)功能展開說(shuō)起,一起來(lái)看看片上存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)和生成實(shí)踐,本系列分為上,中,下三部分,這一篇是開篇,一起走就片上存儲(chǔ)的世界。
芯片片上存儲(chǔ)分類
為了配合芯片的功能和應(yīng)用,對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)會(huì)有非常多的使用場(chǎng)景,通??梢杂孟铝斜砀襁M(jìn)行描述
可以看到,通過(guò)上表比較,對(duì)于大型的存儲(chǔ)需求,以及從簡(jiǎn)單易用角度而言,SRAM是此類場(chǎng)景的不二之選
SRAM的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
SRAM的核心存儲(chǔ)器件,通常被稱為bit cell。具體如下圖所示
- 先把需要寫入的數(shù)據(jù)加載到BL上,如果是準(zhǔn)備寫入邏輯‘1’,那么就先在BL上就置成邏輯‘1’,~BL置成邏輯‘0’
-
在WL上置成邏輯‘1’,這樣通過(guò)選通M5/M6,對(duì)應(yīng)的邏輯寫到了Q和~Q上,這樣就完成了邏輯‘1’的寫入
對(duì)于邏輯‘0’的寫入方式類似
- 預(yù)充電到BL/~BL端到高電平
- 然后把WL置高,從而打開M5/M6,
- 如果Q=“1”,則晶體管M1導(dǎo)通,~BL會(huì)被拉低到低電平
-
對(duì)于另一側(cè),因~Q=“0”,晶體管M4和M6導(dǎo)通,通過(guò)VDD將BL拉到高電平
這樣就完成了將邏輯1讀取到了BL上
對(duì)于邏輯‘0’的讀取方式類似
對(duì)于芯片上的SRAM,是由一個(gè)個(gè)bit cell拼接成一個(gè)矩陣,矩陣的橫豎分布被BL和WL來(lái)控制,這個(gè)由bit cell組成的矩陣通常就會(huì)被稱為memory array通常的SRAM都是由以下兩個(gè)部分組成的
SRAM的大致示意圖如下
這里很明顯可以看到控制邏輯的身影,從外部訪問(wèn)方便而言,它們對(duì)memory array成包圍模式。更為真實(shí)的SRAM結(jié)構(gòu)如下圖所示,一個(gè)SRAM的簡(jiǎn)單訪問(wèn)步驟如下:
- 首先確定讀抑或?qū)懖僮鳎瑢?duì)BL進(jìn)行對(duì)應(yīng)的與操作,詳見(jiàn)上述bitcell的讀寫操作釋義
- 配置地址線,選通對(duì)應(yīng)的WL
- 如果是讀操作:下方的Data就會(huì)出現(xiàn)一整行WL的bitcell的數(shù)據(jù);如果是寫操作:下方的Data就會(huì)寫入到選定WL的bitcell中
- 讀寫操作通常都是對(duì)一個(gè)WL進(jìn)行的操作
- 如果,WL的bitcell 位數(shù)不變,地址的深度直接決斷了SRAM的物理高度。
- SRAM的容量通常由NW*NB來(lái)決斷
- NW:Number of Word,SRAM深度
- NB:Number of Bit, SRAM寬度
- Bitcell Count:NW * NB SRAM的容量
- 地址譯碼和數(shù)據(jù)通路通常由std-cell直接構(gòu)成,是影響接口時(shí)序的一個(gè)因素
- 支持bitwise的SRAM,在寫入的時(shí)候,可以通過(guò)對(duì)某一個(gè)bitcell對(duì)應(yīng)的BL進(jìn)行管控,從而控制單bit的寫操作。
- SRAM過(guò)于細(xì)長(zhǎng),對(duì)布局不友好, PG的接觸點(diǎn)也不太均衡
- 由于SRAM的地址和數(shù)據(jù)出口通常都是居中分布式規(guī)劃,過(guò)高的SRAM,必定會(huì)在一定的高度的時(shí)候引發(fā)驅(qū)動(dòng)能力的問(wèn)題
用戶通過(guò)使用CM=2,相應(yīng)的也增加CM decoder部分組合邏輯。一個(gè)簡(jiǎn)單的換算公式如下:
Depth * Width = (Depth/2) * width (Depth/2) * width地址線的部分(高位)會(huì)直接參與CM的譯碼,從而可以2的冪次方的折疊方式有效降低SRAM的高度。同樣也會(huì)由于bitcell更為聚集,接口時(shí)序也會(huì)有相應(yīng)的提升,對(duì)應(yīng)的面積增長(zhǎng)(CM decoder)在大規(guī)模SRAM下的影響,可以忽略不計(jì)。本章詞匯
【敲黑板劃重點(diǎn)】
從基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)SRAM,了解SRAM的讀寫原理,給后面的使用打下基礎(chǔ)