PGS. TS. Phạm Kim Ngọc
Trong những thập kỷ vừa qua, nhiều tiến bộ trong lĩnh vực bộ nhớ điện tử cũng như mạch tích hợp đã cho ra đời những hệ máy vi tính có tốc độ xử lý nhanh và dung lượng lưu trữ lớn. Bên cạnh đó, trong các thiết bị di động, ngoài các yêu cầu về tốc độ xử lý và dung lượng lưu trữ thì bộ nhớ còn phải có công suất tiêu thụ điện năng thấp. Chính vì vậy, việc tìm hiểu và nâng cao hiệu suất của các loại bộ nhớ đang là một trong những hướng nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay.
Bộ
nhớ bán dẫn được phân loại dựa trên số lần có thể ghi dữ liệu và được chia
thành hai loại gồm bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAMs) và bộ nhớ chỉ đọc (ROMs). Sơ
đồ phân loại bộ nhớ bán dẫn được minh họa ở Hình 1. Trong bộ nhớ RAMs, thông
tin có thể được ghi và đọc ở bất kỳ một ô nhớ nào mà không giới hạn về số lần đọc/
ghi, trong khi đó bộ nhớ ROMs bị giới hạn số lần đọc/ghi [1].
Dựa
vào tính năng lưu trữ lâu dài các thông tin (retention), RAMs được phân loại
chi tiết hơn gồm bộ nhớ khả biến (volatile) và không khả biến (non-volatile). Bộ
nhớ khả biến sẽ bị mất thông tin lưu trữ khi nguồn điện bị tắt. Ngược lại, bộ
nhớ không khả biến vẫn duy trì được thông tin đã lưu trữ khi nguồn điện bị tắt
đột ngột. RAMs động (DRAMs) và RAMs tĩnh (SRAMs) thuộc loại bộ nhớ khả biến.
SRAMs có tốc độ rất nhanh (thời gian ghi/xóa: 0,3 ns /0,3 ns) so với DRAMs (thời
gian ghi/ xóa: <10 ns/<10 ns). Tuy nhiên,
mật độ tích hợp SRAMs rất thấp so với DRAMs do diện tích ô nhớ của SRAMs
lớn [1]. Vì vậy, SRAMs được
dùng cho bộ nhớ đệm vì thời gian truy cập nhanh trong khi bộ nhớ DRAMs được
dùng cho bộ nhớ chính vì khả năng lưu trữ dữ liệu lớn [2]. Trong bộ nhớ RAM
còn có các loại bộ nhớ không khả biến mới được phát triển gần đây bao gồm bộ nhớ
điện sắt (FRAM), bộ nhớ từ trở (MRAM), bộ nhớ thay đổi pha (PRAM) và bộ nhớ đảo
điện trở (RRAM). Các loại bộ nhớ này sẽ được giới thiệu trong phần bài giảng tiếp theo.
ROMs là bộ nhớ không khả biến, vì thế, các thông tin đã lưu trữ vẫn được duy trì nếu nguồn điện cung cấp bị tắt đột ngột [1]. Phụ thuộc vào khả năng lập trình lại, bộ nhớ ROMs được phân loại thành bộ nhớ ROMs lập trình một lần và không thể xóa dữ liệu được (OTPROMs) và bộ nhớ ROMs lập trình nhiều lần và có thể xóa được (EPROMs). EPROMs có thể xóa dữ liệu bằng cách dùng tác nhân bức xạ cực tím để chiếu vào ô nhớ (ultraviolet EPROMs: UVEPROMs) hoặc là dùng tác nhân điện (electrically erasable PROMs: EEPROMs). Trong bộ nhớ UVEPROM, tất cả các ô nhớ bị xóa đồng thời, còn bộ nhớ EEPROM có thể xóa dữ liệu theo ô (byte) hoặc theo khối (block).
Bộ
nhớ FLASH là một loại của bộ nhớ EEPROM vì bộ nhớ FLASH cũng được ghi và xóa bằng
tín hiệu điện. Mỗi ô nhớ trong bộ nhớ FLASH cơ bản chỉ chứa một transistor hiệu
ứng trường kim loại – ô xít – kim loại (MOSFET), không giống như bộ nhớ EEPROMs
(gồm hai MOSFET). Hoạt động của bộ nhớ FLASH chậm hơn nhiều so với bộ nhớ DRAM
(thời gian ghi/xóa: 1 ms/0,1 ms) [1].
a Ô nhớ 1D1R ( 1 diod
và 1 điện trở) được dùng cho bộ nhớ PRAM và RRAM thụ động, dựa trên mảng
ngang-dọc.b Bộ nhớ PRAM mảng
ngang – dọc thụ động thỏa mãn kích thước ô nhớ nhỏ nhất là 4F2. c Giống như bộ nhớ
PRAM thụ động, bộ nhớ RRAM thụ động thỏa mãn kích thước ô nhớ nhỏ nhất là 4F2.- D. S. Jeong, R. Thomas, R. S. Katiyar, J. F. Scott, H. Kohlstedt, a Petraru, and C. S. Hwang, “Emerging memories: resistive switching mechanisms and current status,” Reports Prog. Phys., vol. 75, p. 076502, 2012.
- J.-M. Hu, Z. Li, L.-Q. Chen, and C.-W. Nan, “High-density magnetoresistive random access memory operating at ultralow voltage at room temperature,” Nat. Commun., vol. 2, p. 553, 2011.
Post a Comment