а также по заданной зависимости температуры кристалла от времени, численно оценить срок работоспособности БТ в условиях космического пространства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Pease R. L., Schrimpf R. D, Fleetwood D. M. Recent advances in understanding total-dose effects in bipolar transistors // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2009. - Vol. NS-56, N 4. -Р. 1894-1908.
2. Pershenkov V S, Savchenkov D. V, Bakerenkov A. S. et al. The conversion model of low dose rate effect in bipolar transistors // RADECS 2009, Conference Proceedings. - Р. 286-393.
3. Pershenkov V. S., Savchenkov D. V., Bakerenkov A. S., Uli-mov V N. Conversion model of enhanced low dose rate sensitivity in bipolar ICs // Russian Microelectronics. - 2010. -Vol. 39, № 2. - Р. 91-99.
4. Boch J., Velo Y., Saigne F. et al. Touboul, The use of a dose-rate switching technique to characterize bipolar devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2009. - Vol. NS-56, N 6. -Р. 3347-3353.
5. Roig F, Dusseau L., Boch J. et al. A thermal annealing approach to extend metal oxide semiconductor devices lifetime exposed to very high dose levels // RADECS, Sept 2012.
6. Pershenkov V. S., Bakerenkov A. S., Solomatin A. V. et al. The estimation of long time operation bipolar devices in space environment // RADECS, Sept 2013.
7. Lai S. K. Interface trap generation in silicon dioxide when electrons are captured by trapped holes // J. Appl. Phys. — 1983. — Vol. 54. — P. 2540—2546.
8. Pershenkov V. S., Savchenkov D. V., Bakerenkov A. S., Ego-rov A. S. Calculation of surface recombination current in bipolar microelectronic structures subjected to ionizing radiation // Russian Microelectronics. — 2009. — Vol. 38, № 1. — P. 21—33.
9. Bakerenkov A. S., Belyakov V. V, Pershenkov V. S. et al. Extracting the fitting parameters for the conversion model of enhanced low dose rate sensitivity in bipolar devices // Russian Microelectronics. — 2013. — Vol. 42. — Issue 1. — P. 48—52.
10. Turflinger T. L, Schemichel W. M, Krieg J. F. et al. ELDRS in Space: An Updated and Expanded Analysis of the Bipolar ELDRS Experiment on MPTB // IEEE Trans. Nucl. Sci. — 2003. — Vol. NS-50, N 6. — P. 2328—2334.
11. Harris R. D, McClure S. S., Rax B. G. et al. Comparison of TID effects in space-like variable dose rates and constant dose rates // IEEE Trans. Nucl. Sci. — 2008. — Vol. 55, N 6. — P. 3088—3095.
УДК 621.3.049.77:000.93
НА ПУТИ К "УМНОЙ" И "РАЗУМНОЙ" ПАМЯТИ: БАЗОВЫЕ КРИСТАЛЛЫ И ПРОЦЕССОРНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ "УМНОЙ" ПАМЯТИ
BASIC CRYSTALS AND CPU-ORIENTED ORGANIZATION
"SMART" MEMORY
Лапшинский Валерий Алексеевич
канд. техн. наук, доцент кафедры. E-mail: valnano.e@gmail.com
Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва
кафедра микро- и наноэлектроники
Аннотация: Представлены история и результаты пионерских научных разработок кафедры микроэлектроники МИФИ в области архитектуры "умной" памяти в 1970-80 гг. Рассмотрены особенности процессорно-ориентированной организации и базовых кристаллов оперативной памяти (ОЗУ), их достоинства и недостатки. Описано понятие "умной" памяти тех времен. Дана современная оценка прогноза развития интегральных микросхем (ИМС) "умной" памяти, сделанного в конце 1970-х годов. Приведена библиография работ сотрудников кафедры в данной области.
Ключевые слова: элементы памяти микросхем ОЗУ на биполярных транзисторах, базовые кристаллы памяти с перестроением организации статического и динамического типов, процессорно-ориентированная память, саморегенерация, самотестирование, коррекция ошибок, резервирование, прогноз развития архитектуры "умных" ИМС
Lapshinsky Valery A.
Ph. D. (Technical), Associate Professor E-mail: valnano.e@gmail.com
National Research Nuclear University "MEPHI", Moscow
Department of micro- and nanoelectronics
Abstract: The history and the results of the pioneering scientific work of the Department of microelectronics MEPhI in the field of architecture "smart" memory in the 70—80's are presented. Peculiarities of processor-centric organization and basic crystals random access memory (RAM), their advantages and disadvantages have been discussed. The concept of "smart" memory of those times is described. Given modern assessment of forecast development of integrated circuits "smart" memory (IMS), made in the late 70-ies. Bibliography of works by members of the Department in this area is presented.
Keywords: elements of memory chips RAM on bipolar transistors, base memory crystals with rebuilding the organization of static and dynamic types of processor-based memory, additional functionality of regeneration, self-test, error correction, redundancy, forecast of development of architecture "smart" IC.
Рис. 1. Четырехтранзисторный И Л ЭП:
а — принципиальная схема; б — топология на кристалле памяти
ВВЕДЕНИЕ.
ПРЕДЫСТОРИЯ РАЗРАБОТОК
Одним из считавшихся перспективным направлений научных разработок на кафедре микроэлектроники МИФИ, созданной в 1965 г., было исследование и разработка ИМС на биполярных приборах, в частности, на тиристорах различного назначения, в том числе для полупроводниковой памяти [1—3]. Руководитель научной группы "Память" А. С. Березин защитил в 1972 г. диссертацию, посвященную интегральным запоминающим элементам на основе р-п-р-п [1]. Именно с этого момента и началось движение к разработкам "умной" памяти. Правда, особым "умом" первые опытные образцы элементов памяти (ЭП) и матриц интегральных накопителей ОЗУ на их основе не отличались. Надежное хранение, считывание и запись данных с высоким быстродействием — это было все, что от них требовалось. И эти требования выполнялись практически в полном соответствии с разработанной на кафедре "микроэлектронной" теорией тех времен, результатами моделирования на ЭВМ и характеристиками опытных образцов ЭП [1, 2].
РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИКИ СБИС ОЗУ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
С начала 1970-х годов на кафедре микроэлектроники МИФИ сотрудники группы "Память" (А. С. Березин — руководитель группы, Е. М. Онищенко, В. А. Лапшин-ский и др.) вели интенсивные работы в области создания быстро -действующих и сверхбыстродействующих ИМС на биполярных транзисторах. Дело было новое, а схемотехника биполярных микросхем довольно сложной [1—9]. Тем более, что со временем на кристалле понадобилось размещать не только матрицы ЭП, но и схемы логики управления записью-считыванием. Причем было нужно использовать
комбинированную цифро-аналоговую схемотехнику, в частности, для разрядных формирователей-усилителей записи-считывания данных из накопителя, буферных схем, формирователей опорных напряжений и токов и т. д. [4]. При разработке микросхем памяти за физические и технологические аспекты отвечал А. С. Березин, а признанным схемотехником на кафедре стал Е. М. Они-щенко. Автору этих строк, благодаря научному руководителю профессору А. Г. Алексенко, досталась архитектура.
В области схемотехники, пожалуй, главными достижениями следует считать разработку маломощного четырехтранзисторного элемента памяти (ЭП) с минимальной для того времени площадью (рис. 1) на основе инжекционной логики (И Л) [8, 9]. И, конечно, детально проработанной схемотехники ИМС ОЗУ различной емкости (тогда их называли большими и сверхбольшими интегральными схемами — БИС и СБИС) и систем ОЗУ на его основе. Хотя и не только на основе инжекционного ЭП. Занимаясь ти-ристорной тематикой, специалисты кафедры были в шаге от изобретения нового элементного базиса — И Л. Однако, к сожалению, этого так и не случилось. Микросхемотехники США смогли сделать это раньше.
Некоторые результаты схемотехнических разработок, выполненных на кафедре в рамках НИР и ОКР с заводами МЭП (Минское НПО "Интеграл", Запорожский и Воронежский заводы полупроводниковых приборов, ЗЗПП и ВЗПП), были внедрены в серийное производство. Например, это были ИМС памяти с типовой архитектурой [9, 10] 185 и 541 серий емкостью от 64 бит до 64 Кбит. Выполненные разработки нашли свое отражение в статьях и обзорах, учебных пособиях для вузов, защищены авторскими свидетельствами на изобретения [7, 8]. Прогноз развития разработок ИМС памяти для тех лет представлен на рис. 2.
ПАМЯТЬ МОЖЕТ СТАТЬ "УМНЕЙ": ПРОЦЕССОРНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И БАЗОВЫЕ КРИСТАЛЛЫ ПАМЯТИ
Рост степени интеграции и емкости ИМС памяти (до 64...256 Кбит и более) в полном соответствии с законом Мура (закон тогда был уже сформулирован, но разработчикам ИМС памяти малоизвестен, поэтому "кривая" развития "умной" памяти на прогнозе конца 1970-х годов имеет характер, отличный от предсказаний Г. Мура), требования эффективного взаимодействия с процессорными и микропроцессорными элементами в системах
82
Эепвогв & Эувгетв • № 1.2015
N, бит
106 Процессорно- _ - •
ориентированные СБИС
64-103 ----- \ ЕМКЮСТЬ ЛИс у , - " СБИС \ " \ (у' с расширенными | ^-■-^ТС функциональными ) у— / \ возможностями /^¡/"^
4-103 . /
256 ' Типовые БИС и СБИС с полным управлением / Прогноз / конца У 1970-х гг.
16 Матрицы ЭП . и отдельные ИС 1 управления 1
1972 1980 1986 Годы
Рис. 2. Прогноз развития ИМС памяти конца 1970-х годов
различного назначения, необходимость решения острой проблемы низкого процента выхода годных (ПВГ) кристаллов на отечественных полупроводниковых заводах (ПВГ был крайне низким, например, серийные ИМС памяти производились в Запорожье (ЗЗПП), в городе, где в те времена "дым стоял коромыслом"). Это не могло не привести к мысли, что настало время расширения функциональных возможностей СБИС памяти, т. е. реальной необходимости в разработке новой архитектуры, которая позволила бы решать уже вставшие во весь рост задачи — архитектуры "умной" памяти [11]. Благо, что на кафедре было кому "нарисовать" на основе архитектуры и логических схем, ее реализующих, конкретную схемотехнику ИМС. И не просто нарисовать, а превратить в конкретные и работоспособные схемы (например, на биполярных транзисторах), которые можно, в свою очередь реализовать на доступной разработчикам технологии ИМС тех времен (с технологической нормой в несколько микрометров).
Таким образом, архитектурная составляющ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.