嵌入式存儲(chǔ)技術(shù)在SoC設(shè)計(jì)的應(yīng)用

嵌入式存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得大容量DRAM和SRAM在目前的系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)中非常普遍。大容量存儲(chǔ)器和小容量存儲(chǔ)器之間的折衷權(quán)衡使得各種尺寸的存儲(chǔ)器變得切實(shí)可行，SoC也更像過去的板級(jí)系統(tǒng)。最新式的嵌入式存儲(chǔ)器甚至增加了低功耗工作特性以滿足手持系統(tǒng)的需求。

大容量嵌入式存儲(chǔ)器給SoC帶來了諸如改善帶寬和降低功耗等只能通過采用嵌入技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的各種好處。SoC中內(nèi)嵌DRAM和/或大容量SRAM模塊是否切合實(shí)際并取得成功主要依賴于制造工藝。高度可制造的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以解決影響SoC設(shè)計(jì)的成本、上市時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)問題。

雖然SRAM一直是SoC中的主要部件，但在過去的幾年，單片SoC中SRAM塊的大小和數(shù)量開始猛增。帶150個(gè)SRAM塊的芯片并不稀奇，一些內(nèi)核容量甚至達(dá)到1Mb～8Mb。

與此同時(shí)，DRAM可

制造性的提高已使得大容量DRAM模塊的應(yīng)用迅速增加。甚至在游戲機(jī)和便攜式攝像機(jī)所用的ASIC中都包含了DRAM內(nèi)核。以東芝為例，其嵌入式DRAM系統(tǒng)常常最先采用新一代制造技術(shù)。隨著芯片制造向更細(xì)工藝發(fā)展，SoC中內(nèi)嵌DRAM的數(shù)量和大小也不斷增加。在180納米工藝下，系統(tǒng)ASIC一般采用兩塊DRAM，總存儲(chǔ)容量最大可到64Mb左右。而在目前的130和90納米工藝下，一般系統(tǒng)會(huì)采用四塊以上DRAM內(nèi)核，最大容量為120Mb。

從制造的角度看，大塊和小塊存儲(chǔ)器的制造難度差不多。不過，在大存儲(chǔ)器和小存儲(chǔ)器之間的權(quán)衡折衷要考慮對(duì)性能、芯片面積的一些影響。這些權(quán)衡不那么簡(jiǎn)單，所以如果用戶要在使用較少的大塊存儲(chǔ)器與使用較多的小塊存儲(chǔ)器之間做選擇的話，最好咨詢一下半導(dǎo)體供應(yīng)商的應(yīng)用工程師。

甚至在制造之前，大的存儲(chǔ)器塊必須很好滿足后端布局布線的要求。目前在超大塊的存儲(chǔ)器頂層布線的能力已經(jīng)使得它們對(duì)于布局布線環(huán)境來說更加友好了。

帶公共BIST模塊的測(cè)試方案也已經(jīng)變得很友好。如今，用戶可以在眾多面向嵌入式存儲(chǔ)器測(cè)試方案中進(jìn)行選擇，有些方案需要晶圓級(jí)存儲(chǔ)器測(cè)試器，而有些非常依賴于BIST結(jié)構(gòu)。針對(duì)給定設(shè)計(jì)選擇最好的測(cè)試方案，需要用戶和硅片供應(yīng)商一起詳細(xì)討論。

大的DRAM模塊變得更加“友好”的另一個(gè)方面是其功耗。從180納米向130納米轉(zhuǎn)換時(shí)功耗已經(jīng)得到極大的改善。在130納米工藝下，一個(gè)分頁寫模式的 DRAM功耗只有180納米工藝下的34%。待機(jī)功耗也降到了180納米下的24%，而停止工作時(shí)的功耗只有180納米下的12%。功耗的減少有助于推動(dòng)大的嵌入式DRAM在便攜式攝像機(jī)和手機(jī)SoC中的應(yīng)用。

嵌入式存儲(chǔ)器的繁榮完全歸功于新的集成工藝技術(shù)的成功，開發(fā)這些工藝技術(shù)的初始階段就考慮了大存儲(chǔ)器。工藝一代比一代更加精良，保證了含有SRAM或DRAM芯片的高成品率。僅僅在這個(gè)層面上，就可以預(yù)言ASIC廠商能提供具有成本效益的嵌入式存儲(chǔ)器。

基于這個(gè)原因，用戶可以預(yù)計(jì)SRAM和內(nèi)嵌溝道型DRAM將是未來SoC的流行選擇。除了成本的降低，采用這類存儲(chǔ)器可以把上市時(shí)間和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)降到最低。要得到這些好處，用戶要注意的是必須有效利用其工藝供應(yīng)商的存儲(chǔ)器IP，因?yàn)橹圃旃に囈Y(jié)合專門的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮作用。

針對(duì)非易失性存儲(chǔ)要求，東芝公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)堆疊裸片封裝中將SoC和現(xiàn)成的閃存結(jié)合在一起可以工作得非常好，而且成本較低。另外，SRAM對(duì)于小的、高速的SoC存儲(chǔ)器來說是理想選擇，而嵌入式溝道型DRAM適合于滿足大的存儲(chǔ)塊需要。