Toshiba Desarrolla una SRAM de Fuga Extremadamente Baja (XLL SRAM), que Permite que una MCU de Baja Potencia se Encienda Rápidamente desde el Modo ‘Inactivo Prolongado’
TOKIO, 16 de febrero del 2014.— Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) anunció el desarrollo de una Memoria de acceso aleatorio estática (Static Random Access Memory, SRAM) de 65 nm con una fuga extremadamente baja (XLL SRAM) apropiada para la RAM de respaldo en una Unidad de control multipunto (Multipoint Control Unit, MCU) de baja potencia que logra un tiempo de encendido rápido desde el modo ‘inactivo prolongado‘ (deep sleep mode).
Toshiba presentó este desarrollo en la IEEE International Solid-State Circuit Conference de 2014 en San Francisco, California, el pasado, 11 de febrero.
Hay una fuerte demanda de tiempos prolongados de descarga de batería en los sistemas de baja potencia tales como dispositivos portátiles, herramientas de atención médica y medidores inteligentes. Si bien hay muchos desafíos para reducir la potencia de las MCU utilizadas en estos sistemas, con los avances en la generación de procesos, el aumento de la fuga de corriente y el consumo de energía activa representan un problema. La reducción de la corriente de fuga en la memoria RAM, que conserva los datos durante el modo de espera (stand-by), es particularmente importante.
Una MCU típica reduce la disipación de potencia con un modo inactivo prolongado, donde la corriente en modo de espera está por debajo de 1 ?A. Sin embargo, esto hace que sea imposible para una SRAM típica poder retener datos, ya que la SRAM requiere una corriente de espera mucho mayor a 1 ?A. Como resultado, la recarga de datos tarda mucho tiempo cuando el sistema se enciende desde un modo inactivo prolongado. El uso de la Memoria de acceso aleatorio ferroeléctrico (Ferro-electric Random Access Memory, FRAM) como RAM de respaldo elimina el problema de recarga, pero la FRAM es mucho más lenta y consume más potencia activa que la SRAM y además necesita más costos de proceso.
Toshiba ha desarrollado una SRAM de fuga extremadamente baja (XLL SRAM), con una tasa de fuga mil veces menor que la de la SRAM convencional; una corriente de fuga de 27 fA por bit cuando se fabrica en un proceso de 65 nm. Este nivel es inferior al que se encuentra en los datos publicados para la SRAM más allá de la tecnología de 65 nm. La nueva SRAM puede conservar datos durante más de 10 años con una sola carga de batería, en una memoria de respaldo con una capacidad de alrededor de 100 kbytes.
El MOSFET fabricado con tecnología de proceso reciente tiene una mayor fuga en la compuerta, fuga de drenaje inducida por la compuerta (gate induced drain leakage, GIDL) y fuga del canal. Toshiba ha desarrollado un transistor de baja fuga con un óxido de compuerta espeso, un extensa longitud de canal y un perfil óptimo de difusión del drenaje de la fuente para reducir estos factores de fuga, y para adoptarlo en la celda de memoria SRAM. La compañía ha desarrollado varios circuitos innovadores de reducción de fugas. Uno de ellos es un circuito de polarización de origen para aplicar una polarización inversa (back-bias) a los NMOS de celda de memoria, y otro de ellos corta la tensión de alimentación a los circuitos periféricos durante la retención de datos.
El transistor de baja fuga es más grande que el transistor convencional, lo que aumenta la superficie total de la celda. Toshiba ha asegurado una reducción del 20 % en el tamaño de la celda en comparación con el área del diseño original de este dispositivo en las condiciones de tensión de alimentación de 1,2 V. En general, los circuitos de transistores grandes tienen una mayor disipación de potencia activa. Toshiba ha suprimido esto mediante la adopción de los circuitos de reducción de potencia “Esquema de activación de matriz en cuartos (Quarter Array Activation Scheme, QAAS)” y “BitLine jerárquico de carga compartida (Charge Shared Hierarchical BitLine, CSHBL)”.
Una SRAM con un tiempo de acceso de lectura de 7ns es lo suficientemente rápida como para ser utilizada como memoria RAM en funcionamiento en una MCU de baja potencia y para su uso como RAM de respaldo en las TIC en modo inactivo prolongado debido a la corriente de fuga extremadamente bajo. Como el sistema elimina la recarga de datos, se impulsa el encendido desde el modo inactivo prolongado.
Toshiba planea utilizar la SRAM en un producto lanzado en el 2014 y espera ver un amplio uso en los próximos productos a batería.
Acerca de Toshiba
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Toshiba fue fundada en 1875 y, actualmente, opera una red global de más de 590 compañías consolidadas, con 206 mil empleados en todo el mundo y ventas anuales que superan los 5800 billones de yenes (61 000 millones de USD). Visite el sitio web de Toshiba en www.toshiba.co.jp/index.htm