[小资料] 用于电路中存储数值信息的“存储器”（1）

图1  AMD Zen 4 I/O Die Revealed: Detailed Annotations and Die Shot from ISSCC Presentation.  AMD Zen 4 I/O 芯片曝光：ISSCC 演示文稿中的详细注释和芯片快照。 2023-03

https://www.guru3d.com/data/publish/213/c9a8cca1ddc8e7fcb97f3ad40b535d12abd0aa/untitled-1.jpg

https://www.guru3d.com/story/amd-zen-4-io-die-revealed-detailed-annotations-and-die-shot-from-isscc-presentation/

   上面是美国超威半导体公司（AMD, Advanced Micro Devices）在 2023-03 发布的 Zen 4 处理器的芯片内部照片。大体在左侧中部粉红矩形线内，是“Memory Controllers 内存控制器”。存储器，信息系统不可缺少的硬件。

一、引子

   自从上周三（2023-11-15），为了证明本科生《电工学》课程的巨大威力，一直决心在“电路/集成电路”方面做出个“诺贝尔奖”水平的成果。

   可是转眼 6 天过去了，每天都是头晕晕的。可是，这方面“诺贝尔奖”水平的成果，依旧不知在哪里？

   看来，科技创新，绝非易事！！

   就是肖克莱（William Bradford Shockley），发明结型晶体管原理，也得鼓秋了两年半（1945-07 ~ 1948-01）。这还不包括战前的积累。

   请注意，肖克莱还只是提出结型晶体管（junction transistor）的原理。直到 1950-04，才由贝尔实验室的 Morgan Sparks 和 Gordon Kidd Teal 制作出实物来。

   傻，你能做出“电路/集成电路”方面的“诺贝尔奖”水平的成果？

   “努力在我，评价在人。”华罗庚老师说的好极了。

https://www.cas.cn/spzb1/JNHLGSS25ZN/HLG25YL/201006/t20100611_2879861.html

图2  华罗庚老师在工作中----中国科学院

https://www.cas.cn/zt/rwzt/jnhlgdcybzn/sptj/201011/W020101112455749027859.jpg

   所以，我哪里知道啊！

二、存储器（memory）阅读笔记

   计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

   现代计算机系统一般以存储器为中心，与古典的冯·诺伊曼计算机以运算器为中心不同。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=106716&Type=bkzyb&SubID=81275

   存储器电路最小的存储单位是一个双稳态半导体电路或一个互补金属-氧化物-半导体（complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS）晶体管或磁性材料的存储元，可存储一个二进制代码。

   ③读写存储器结构电路。使存储单元的读和写的性能大致相等，当电路断电时，存储器上的数据全部丢失，包括静态随机存取存储器和动态随机存取存储器。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=131000&Type=bkzyb&SubID=99043

   随机存储器可分为静态随机存储器（static random accessmemory，SRAM）和动态随机存储器（dynamic random access memory，DRAM）。静态随机存储器具有速度快的特点，但存储单元面积大、成本昂贵，典型的应用是作为计算机系统的CPU内的高速缓冲存储器；动态随机存储器具有较低的单位容量价格，因此被大量采用作为计算机系统的主存。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=124126&Type=bkzyb&SubID=99040

   不同于传统存储器，比如静态随机存储器、动态随机存储器和闪存等，它们大多是基于电荷的存储器，本质上是通过电容的充放电来实现信息存储的。新型半导体存储器种类繁多，主要包括阻变存储器、相变存储器和磁存储器等。它们的信息存储是基于电阻的转变实现的

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63599&Type=bkzyb&SubID=80611

   借助质子在介电层（又称绝缘层）中的输运，实现电学信息（“0”或“1”两种状态）存储的电子器件。

   ③原理。质子在介电层中的输运主要分为由浓度梯度导致的扩散运动和由电场导致的漂移运动两类。质子的输运受到时间、温度、栅压、氧化物厚度等多种因素影响。在电场的作用下，质子在介电层中的漂移运动占主导，这会影响上下电极界面附近导电通道的电子密度，进而影响整体结构的导电特性，实现对信息的区分；在电场撤销之后，质子在介电层中发生扩散，在恢复到初始状态之前需要时间，因此在这一段时间之内可以实现对信息的存储。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=94993&Type=bkzyb&SubID=80611

   在闪速存储器中，用于数据存储的基本元器件是浮栅晶体管，每一个浮栅晶体管就是一个数据存储单元。浮栅晶体管是在传统金属氧化物半导体晶体管的多晶硅栅（控制栅）和衬底之间的栅氧化层中增加了另一个浮空的多晶硅栅（浮栅）。由于浮栅被氧化硅绝缘介质层包围，绝缘层形成的势垒阻止了电子流出或流入浮栅，使得浮栅晶体管在断电后具有电荷存储的功能。此外，通过沟道热电子注入或者FN隧穿机制来调节浮栅上存储的电荷，还可对浮栅晶体管的阈值电压进行编程。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=130523&Type=bkzyb&SubID=105141

   相变存储器介质材料在通电发热的条件下会发生从非晶体状态到晶体状态，再返回非晶体状态的变化，在非晶体状态和晶体状态下材料会呈现出不同的电阻特性，因此，可以用这两种状态分别表示“0”和“1”，从而实现数据的存储。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=390772&Type=bkzyb&SubID=81431

   在同芯片内集成嵌入式存储器可以缩短与逻辑运算电路之间的数据通信时间，可以实现比独立式存储器更大的带宽和更快的速度。

   根据集成的存储器件类型，嵌入式存储器包含嵌入式动态随机存储器（embeddeddynamic random access memory; embedded DRAM）、嵌入式静态随机存储器（embedded static random access memory; embedded SRAM）和嵌入式闪存（embedded flash）这3种。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63632&Type=bkzyb&SubID=80611

   一个单元具有多个磁、电等存储状态，可用于高密度信息存储的器件。

   人们在物理和材料领域做出了大量工作，提出了多种基于电荷、自旋、结构（或成分）等不同原理的多态存储材料媒介备选和器件原型。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=132868&Type=bkzyb&SubID=105167

   除了6管的SRAM单元结构，在一些应用中还会用到4管、8管、10管，甚至更多晶体管构成一个SRAM单元的设计。

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   器件的电阻转变机理大致可以分为电化学金属化机制、价态转变机制、热化学机制和纯电子效应等。根据器件发生电阻转变所需的驱动电压极性，阻变存储器可分为单极性和双极性器件两类。单极性器件在高阻态和低阻态之间转变并不依赖外加电信号的极性，只与电信号的幅值大小有关。双极性器件的置位和复位操作则发生在不同极性的电压激励下。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63602&Type=bkzyb&SubID=80618

   图1和图2是双极型随机存储器典型单元线路图和剖面结构，其基本结构是触发器。图3是典型的双极型静态随机存储器框图。每个单元有一根字线，二根位线。单元的电流（或电压）由字线控制，信息的写入和读出由位线控制。单元有两种状态，即选中状态和等待状态（又称维持状态）

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=146048&Type=bkzyb&SubID=116094

“存储器”第11页阅读完毕，2023-11-21。

参考资料：

[1] 2022-12-23，存储器/memory/邱鹏飞，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=106716&Type=bkzyb&SubID=81275

[2] 2022-01-20，存储器电路/memory circuit/梁利平，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=131000&Type=bkzyb&SubID=99043

[3] 2022-01-20，随机存储器/random access memory/吴华强，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=124126&Type=bkzyb&SubID=99040

[4] 2022-01-20，阻变存储器/resistive random-access memory; RRAM/李豫立、谢雨来，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=32715&Type=bkzyb&SubID=81431

   以非导性材料的电阻在外加电场作用下，在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的非易失性存储器。

   RRAM的阻变行为可以分为单极型（unipolar）和双极型（bipolar）两大类。由阻变行为出现时施加的电压极性及大小所区分。

   作为下一代非挥发性存储器的有力竞争者，国际上对RRAM存储器的研究工作如火如荼。相比传统的Flash存储器，RRAM作为一种采用非电荷存储机制的存储器在32nm工艺节点以下将有很大的发展空间

[5] 2022-01-20，联想存储器/associative memory/冯丹，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=32721&Type=bkzyb&SubID=81431

[6] 2023-04-26，全息存储器/holographic memory/甘宗松，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=32760&Type=bkzyb&SubID=81431

[7] 2023-08-08，新型存储器/new type memory device/吴华强，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63599&Type=bkzyb&SubID=80611

[8] 2022-12-23，质子存储器/proton memory/王博文、蔡一茂，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=94993&Type=bkzyb&SubID=80611

   借助质子在介电层（又称绝缘层）中的输运，实现电学信息（“0”或“1”两种状态）存储的电子器件。

[9] 2022-12-23，闪速存储器/flash memory/冯鹏，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=130523&Type=bkzyb&SubID=105141

[10] 2022-12-23，相变存储器/phase-change memory，PCM/黄月、谢雨来，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=390772&Type=bkzyb&SubID=81431

[11] 2023-08-03，嵌入式存储器/embedded memory/王鹏飞，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63632&Type=bkzyb&SubID=80611

[12] 2022-12-23，多态存储器件/multi-state memory device/殷月伟、李晓光，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=132868&Type=bkzyb&SubID=105167

[13] 2023-03-22，静态随机存储器/static random access memory; SRAM/吴华强，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=124131&Type=bkzyb&SubID=99041

   除了6管的SRAM单元结构，在一些应用中还会用到4管、8管、10管，甚至更多晶体管构成一个SRAM单元的设计。

[14] 2022-12-23，阻变随机存储器/resistive random access memory; RRAM/缪向水，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63602&Type=bkzyb&SubID=80618

[15] 2023-05-23，双极型随机存储器/bipolar random access memory/徐元森，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=146048&Type=bkzyb&SubID=116094

[16] 2022-12-23，双极型随机存储器/bipolar random-access memory/秦磊华，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=390697&Type=bkzyb&SubID=81431

[17] 2023-07-21，可擦可编程只读存储器/erasable programmable read-only memory，erasable PROM，EPROM/秦磊华，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=386139&Type=bkzyb&SubID=81431

[18] 2022-05-13，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器/spin-transfer-torque magnetoresistive random-access memory; STT-MRAM/荣震、谢雨来，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=32714&Type=bkzyb&SubID=81431

   自旋力矩技术是利用“拥有自旋角动量的属性的电子或其他粒子”的一种技术。其中自旋角动量是两种量子力学角动量之一。自旋力矩存储技术利用穿过磁场的电流来改变电子自旋向上或向下。

相关链接：

[1] 2023-11-20，[小资料] 分裂栅极器件（split gate, split-gate）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1410431.html

[2] 2023-11-19，[讨论，预测，创新] 集成电路下一个重要原创：平面化

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1410270.html

[3] 2023-11-18，[小资料] 场效应晶体管 FET：短沟道效应

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1410158.html

[4] 2023-11-17，[小资料] 场效应晶体管 FET：多材料栅极

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1410052.html

[5] 2023-11-13，[打听] 继晶体管、集成电路之后，电路重大突破会出现在哪里？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1409521.html

[6] 2023-11-14，[打听] 哪些新型半导体器件是未来的主流？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1409653.html

[7] 2023-11-15，[悲恸，绝望，崩溃] 创新，有时会气死人吗？（霍尔尼 Hoerni 的平面工艺 planar）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1409771.html

[8] 2023-09-09，[小资料] FinFET（鳍式场效应晶体管 fin field effect transistor）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1402038.html

[9] 2023-09-07，[小资料] 1966年鲍尔（Robert W. Bower）申请的 MOSFET 自对准栅极工艺专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401852.html

[10] 2023-09-06，[小资料] 1963年万拉斯（Frank Marion Wanlass）、萨支唐（Chih-Tang Sah）申请的CMOS专利和论文（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401741.html

[11] 2023-09-05，[小资料] 1963年霍夫施泰因（Steven R. Hofstein）、海曼（Frederic Paul Heiman）的MOS场效应管论文（部分图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401577.html

[12] 2023-09-04，[小资料] 1960年阿塔拉（Martin (John) M. Atalla）、江大原（Dawon Kahng）申请的MOS场效应管专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401453.html

[13] 2023-09-02，[小资料] 1935年海尔（Oskar Heil）的场效应管专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401242.html

[14] 2023-09-01，[小资料] 1926年利林费尔德（Julius Edgar Lilienfeld）的场效应半导体专利（图片）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1401136.html

[15] 2023-08-11，[怀旧，回顾，展望] 二极管与非门，场效应晶体管

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1398708.html

[16] 2022-09-19，[？？？] 热血沸腾之后，更是“耗尽/耗干”后的无奈（关联资料“集成电路”，诺伊斯 Robert Norton Noyce）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1356020.html

[17] 2022-07-26，[汇报] 近十多年的时间、精力状态（欠佳）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1348843.html

[18] 2022-09-24，《信息革命的技术源流》第三轮阅读：创新真难！

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1356669.html

[19] 2023-09-17，Zenas 公理：2023年汪波老师的《为什么芯片相关的发明最初总不受待见？》 

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1402929.html

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