嵌入式存儲技術(shù)在SoC設計的應用

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

大容量嵌入式存儲器給SoC帶來(lái)了諸如改善帶寬和降低功耗等只能通過(guò)采用嵌入技術(shù)來(lái)實(shí)現的各種好處。SoC中內嵌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(lài)于制造工藝。高度可制造的存儲器結構可以解決影響SoC設計的成本、上市時(shí)間和風(fēng)險問(wèn)題。

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

與此同時(shí)，DRAM可

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

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

甚至在制造之前，大的存儲器塊必須很好滿(mǎn)足后端布局布線(xiàn)的要求。目前在超大塊的存儲器頂層布線(xiàn)的能力已經(jīng)使得它們對于布局布線(xiàn)環(huán)境來(lái)說(shuō)更加友好了。

帶公共BIST模塊的測試方案也已經(jīng)變得很友好。如今，用戶(hù)可以在眾多面向嵌入式存儲器測試方案中進(jìn)行選擇，有些方案需要晶圓級存儲器測試器，而有些非常依賴(lài)于BIST結構。針對給定設計選擇最好的測試方案，需要用戶(hù)和硅片供應商一起詳細討論。

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(yè)寫(xiě)模式的 DRAM功耗只有180納米工藝下的34%。待機功耗也降到了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在便攜式攝像機和手機SoC中的應用。

嵌入式存儲器的繁榮完全歸功于新的集成工藝技術(shù)的成功，開(kāi)發(fā)這些工藝技術(shù)的初始階段就考慮了大存儲器。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，就可以預言ASIC廠(chǎng)商能提供具有成本效益的嵌入式存儲器。

基于這個(gè)原因，用戶(hù)可以預計SRAM和內嵌溝道型DRAM將是未來(lái)SoC的流行選擇。除了成本的降低，采用這類(lèi)存儲器可以把上市時(shí)間和設計風(fēng)險降到最低。要得到這些好處，用戶(hù)要注意的是必須有效利用其工藝供應商的存儲器IP，因為制造工藝要結合專(zhuān)門(mén)的存儲器結構才能發(fā)揮作用。

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