Энергонезависимая память будущего Fujitsu FRAM

Сегнетоэлектрическая память FRAM, обеспечивая одновременно энергонезависимость и произвольный доступ, превосходит по характеристикам Flash и E²PROM (табл. 1). Дополнительные особенности, такие как низкое потребление и высокая износоустойчивость, позволяют использовать память FRAM для записи и хранения данных в устройствах промышленного и медицинского назначения.

Технология FRAM

В отличие от традиционных микросхем энергонезависимой памяти Flash и E²PROM, содержимое ячейки FRAM хранится не в заряде на затворе. Информация, «лог. 0» или «лог. 1», содержится в поляризации сегнетоэлектрика — цирконат-титаната свинца PZT (Pb(ZrTi)O₃). Тонкая пленка сегнетоэлектрика располагается между двумя электродами, как в конденсаторе.

Ячейка памяти FRAM имеет такую же структуру, что и DRAM (состоит из транзистора и конденсатора), а отличается тем, что конденсатор содержит ферроэлектрический диэлектрик. Поскольку накопления большого заряда не происходит, отпадает необходимость использовать повышающие преобразователи напряжения. Таким образом, FRAM потребляет меньше энергии, чем Flash или E²PROM.

Особенности и преимущества FRAM

Содержимое ячейки сегнетоэлектрической памяти сохраняется при отсутствии питания. Соответственно, не требуется использовать батареи резервного питания, как в случае SRAM. Уменьшаются размер платы, расход материалов и стоимость обслуживания, а также энергопотребление конечного устройства.

Поскольку FRAM работает на основе произвольного доступа, процесс записи, в отличие от энергонезависимой памяти других типов, производится без задержки. Время доступа для чтения и записи составляет десятки или сотни нс, как и в ОЗУ. В случае резкой потери питания FRAM успеет завершить запись до полного отключения системы, сохранив целостность данных.

Сегнетоэлектрическая память долговечна, выдерживает до 10¹³ циклов перезаписи (для сравнения, максимальное количество циклов перезаписи для ячеек Flash и E²PROM составляет от 100 тыс. до 1 млн). Срок службы FRAM практически неограничен. Благодаря всем этим особенностям ячейки FRAM можно использовать для записи данных в режиме реального времени.

Во многих приложениях FRAM используется одновременно вместо SRAM и E²PROM, что упрощает архитектуру системы. И наконец, память FRAM обладает высокой стойкостью к радиоактивному излучению α-, β- и γ-частиц, что позволяет использовать ее в системах медицинского и аэрокосмического назначения, а также в оборудовании для пищевой промышленности, где излучение применяется для дезинфекции.

FRAM от компании Fujitsu

Компании Fujitsu первой удалось успешно внедрить технологию FRAM в массовые продукты: с 1999 года ею выпущено уже более 2,3 млрд микросхем памяти (рисунок, табл. 2.).

Рисунок. Производственная линейка FRAM Fujitsu

Особенности:

• Высокая скорость записи. Вместо стирания производится перезапись.
• Высокая износоустойчивость: выдерживает до 10¹³  циклов чтения/записи.
• Низкое энергопотребление.
• Безопасна для окружающей среды: не требует батареи резервного питания.
• Стойкость к радиационному воздействию.

Области применения:

• запись данных;
• хранение значений параметров;
• резервная память;
• запись данных в режиме реального времени.

Сегменты рынка:

• учет ресурсов;
• автоматизация производства;
• управление движением;
• контрольно-измерительное оборудование;
• офисная техника;
• медицинское оборудование.