VIA lizenziert neue SRAM-Technik

In kommenden Produkten des taiwanischen Chipsatz- und Prozessorherstellers VIA könnte die platz- und energiesparende SRAM-Bauform 1T-SRAM des kalifornischen Entwicklerfirma MoSys zum Einsatz kommen. VIA hat das von MoSys patentierte Verfahren zur Herstellung von 1T-SRAM lizenziert. Dieser Speichertyp lässt sich als diskretes Bauelement fertigen, soll aber hauptsächlich als Bestandteil komplexerer Digitalschaltungen Verwendung finden.

SRAM (static RAM) kommt in der PC-Technik als besonders schneller Cache-Speicher zum Einsatz. Während bei den älteren Sockel-7-Prozessoren der Level-2-Cache noch in separaten Chips oder im Chipsatz auf dem Mainboard untergebracht war, integrieren moderne Prozessoren zwischen 64 KByte und mehreren Megabyte SRAM auf dem eigenen Chip.

SRAM ist bei gleicher Taktfrequenz schneller als das als Hauptspeicher verwendete DRAM (dynamic RAM), weil ein direkter Zugriff auf die Speicherzellen ohne Latenzzeiten möglich ist. Die DRAM-Zellen bestehen aus nur einem Transistor und einem Kondensator und sind einfacher aufgebaut und benötigen weniger Fläche und Energie als SRAM-Zellen. Je nach SRAM-Typ sind pro Zelle mindestens sechs Transistoren nötig (6T-SRAM).

Beim 1T-SRAM wendet MoSys einen Trick an: Die eigentlichen 1-Transistor-Speicherzellen sind wie DRAM-Zellen aufgebaut. Durch eine besondere Schaltungstechnik können diese Zellen mit sehr hoher Taktfrequenz laufen. Die gesamte Menge an DRAM-Zellen ist dabei in relativ kleine Felder mit jeweils eigener Schreib-/Leselogik aufgeteilt, sodass für die Adressierung nur geringe Wartezeiten nötig sind. Für die bei DRAM nötige Auffrischung des Speicherinhaltes sorgt eine separate Refresh-Logik; ein spezieller Caching-Mechanismus, der einen kleinen Speicherbereich aus "echtem" SRAM nutzt, ermöglicht den pausenlosen Zugriff auf ein 1T-SRAM auch während anderer für den DRAM-Betrieb nötiger Operationen wie Precharging.

Von "außen" betrachtet arbeiten die 1T-SRAMs also wie gewöhnliche SRAMs. Dabei sollen 1T-SRAMs weniger als ein Viertel des Energiebedarfs von 6T-SRAMs haben und sich etwa 70 Prozent kleiner herstellen lassen. Im Vergleich zu Standard-SDRAM ist der Flächenbedarf von 1T-SRAM maximal 15 Prozent größer. Ein 4-MBit-1T-SRAM (512 MByte) benötigt bei Herstellung in einem 0,18-µm-Fertigungsprozess etwa 4,5 mm² Fläche und soll bis zu 400 MHz Taktfrequenz erreichen. Bei kleineren Fertigungsstrukturen erwartet man wesentlich höhere Arbeitsfrequenzen.

Viele Bauelemente-Entwickler und Chipfoundries haben 1T-SRAM lizenziert. TSMC, wo VIA Chipsätze und Prozessoren fertigen lässt, beherrscht nach eigenen Angaben bereits die 1T-SRAM-Herstellung im 0,15-µm-Prozess. Auch Nintendo will 1T-SRAM in dem von Art-X entwickelten Grafikchip der kommenden Spielkonsole "Gamecube" einsetzen.

Der Stromverbrauch des Level-2-Cache trägt erheblich zum Leistungsbedarf moderner CPUs bei. Ein AMD Athlon 800 mit 256 KByte L2-Cache verbrät bis zu 45 Watt Leistung, während der bis auf den nur 64 KByte großen L2-Cache identische Duron 800 mit 35,4 Watt rund 20 Prozent weniger Leistung aufnimmt. (ciw)