Computer, console di gioco, telecomunicazioni, automobili, sistemi industriali e una miriade di dispositivi e sistemi elettronici si basano su varie forme di memoria a stato solido per il funzionamento. I progettisti hanno bisogno di una comprensione delle varie opzioni per i dispositivi di memoria volatili e non volatili per ottimizzare le prestazioni dei sistemi.

Una nuova forma di memoria a stato solido chiamata persistent Memory (PMEM) è recentemente emersa per offrire ai progettisti una terza opzione per ottimizzare le prestazioni del sistema., PMEM non dovrebbe sostituire altre forme di memoria a stato solido o dispositivi di archiviazione. Tuttavia, in alcune applicazioni, PMEM può fornire tempi di avvio più rapidi, accesso più rapido a set di dati di grandi dimensioni in memoria e costi di proprietà inferiori.

Dynamic Random Access Memory

Dynamic Random Access Memory (DRAM) è la memoria principale per CPU, GPU, MCU e altri tipi di processori. DRAM è una memoria volatile e conserva i dati solo fino a quando non vi è alimentazione fornita. Il blocco di base per le DRAM sono le celle di bit che memorizzano singoli bit di informazioni.,

Ci sono una varietà di tipi di DRAM sviluppato per applicazioni specifiche, come:

• DDR (double data rate): in origine, DDR di memoria utilizzato prelettura per raddoppiare la velocità di trasferimento dati, rispetto al single data rate di Dram. Il prefetching era una tecnica efficace per raddoppiare la velocità di trasmissione dati di generazione in generazione fino a DDR3., A quel punto, sono state aggiunte altre tecniche come il raggruppamento bancario (DDR4) e la divisione dei canali (DDR5) per supportare la continua necessità di raddoppiare la velocità di trasferimento dei dati di generazione in generazione.
• LPDDR (low power double data rate): A volte chiamato mDDR (mobile DDR), LPDDR è stato sviluppato per supportare le esigenze di applicazioni a bassa potenza come tablet, telefoni cellulari, schede SSD, sistemi automobilistici e così via. LPDDR include funzioni a bassa potenza, come tensioni operative inferiori e “modalità di sospensione profonda” per fornire un notevole risparmio energetico rispetto alle memorie DDR convenzionali.,
• GDDR (graphics double data rate): Sviluppato per supportare le schede grafiche, i chip GDDR hanno un bus più grande e supportano tassi di clock I / O più elevati per interfacciarsi direttamente con l’unità processore grafico (GPU). GDDR è utilizzato anche con applicazioni generali ad alta larghezza di banda, non solo GPU.

DDR5, la più recente forma di DRAM, è progettata per supportare la prossima generazione di carichi di lavoro server offrendo oltre l ‘ 85% di aumento delle prestazioni della memoria., DDR5 raddoppia la densità di memoria migliorando l’affidabilità in un momento in cui gli architetti dei sistemi di data center cercano di fornire conteggi di core del processore in rapida crescita con una maggiore larghezza di banda e capacità di memoria.,

la memoria Non volatile

la memoria Non volatile (NVM) prende la forma di un elettricamente indirizzato a stato solido ricordi (varie forme di memoria di sola lettura) e meccanicamente rivolto ricordi (hard disk, dischi ottici, nastri, e così via), che viene generalmente indicato come deposito. NVM conserva i dati anche quando la fonte di alimentazione viene rimossa. Ci sono compromessi tra approcci indirizzabili elettricamente e meccanicamente., I sistemi indirizzabili meccanicamente hanno un costo per bit molto più basso ma hanno tempi di accesso significativamente più lenti. I sistemi indirizzabili elettricamente sono molto veloci, ma, rispetto ai dispositivi di archiviazione indirizzabili meccanicamente, sono costosi e hanno capacità minori.,

Memorie a semiconduttore non volatili ad accesso casuale (NVRAM) e memorie di sola lettura (ROM) sono generalmente classificati in base al meccanismo di scrittura che impiegano:

• ROM maschera-Fabbrica programmabile solo, e tipicamente utilizzato per i prodotti ad alto volume
• EPROM-cancellabile ROM programmabile che può essere cancellato con luce ultravioletta brillato attraverso una finestra di quarzo sul dispositivo.
• EEPROMs – ROM programmabile cancellabile elettricamente che utilizza una tensione applicata esternamente per cancellare i dati.,
• Flash-Simile a una EEPROM, con sostanzialmente più capacità di archiviazione, ma con velocità di lettura / scrittura più veloci.
• F-RAM-La RAM ferroelettrica (una tecnologia in fase iniziale) è simile nella costruzione a una DRAM; entrambi usano un condensatore e un transistor. Tuttavia, invece di utilizzare lo strato dielettrico di un condensatore, una cella F-RAM contiene un sottile film ferroelettrico di titanato di zirconato di piombo che può cambiare polarità e passare da uno stato all’altro e conservare i dati anche quando l’alimentazione viene interrotta.,
• MRAM-Magnetoresistive RAM (una tecnologia in fase iniziale) memorizza i dati in elementi di memorizzazione magnetici chiamati giunzioni tunnel magnetiche (MTJ).

Persistent Memory

Persistent Memory (PMEM) è una memoria a stato solido ad alte prestazioni più veloce della memoria non volatile come la flash e meno costosa della DRAM. I moduli di memoria dual in-line (NVDIMM) non volatili, offerti da Micron e altri e i DIMM Intel 3D XPoint (chiamati anche moduli di memoria persistente Optane DC) sono due esempi di PMEM.,

Moduli di memoria persistenti come Intel Optane si inseriscono tra DRAM e SSD in termini di costi e prestazioni (Fonte: Intel)

PMEM è una terza opzione di memoria. Ha aspetti simili all’archiviazione (ad esempio, SSD e unità disco) e alcuni simili alla memoria volatile e non volatile. Non è previsto che sostituisca l’archiviazione o la memoria. Tuttavia, fornisce ai progettisti di sistema uno strumento aggiuntivo in grado di fornire tempi di avvio più rapidi, accesso più rapido a set di dati di grandi dimensioni in memoria e costi di proprietà inferiori.,

I principali vantaggi della memoria persistente includono:

• Latenze di accesso inferiori a quelle degli SSD flash.
• Maggiore throughput rispetto alla memoria flash.
• I dati persistono in memoria dopo l’interruzione dell’alimentazione, come il flash.
• PMEM è più a basso costo di DRAM.
• PMEM è memorizzabile nella cache.
• Fornisce l’accesso in tempo reale ai dati; supporta l’accesso rapido a grandi set di dati.

Recenti sviluppi degli standard

JEDEC ha pubblicato l’ultimo standard JESD79-5 DDR5 SDRAM nel luglio 2020., Lo standard soddisfa i requisiti della domanda grazie a applicazioni cloud e data center aziendali intensive, fornendo agli sviluppatori prestazioni doppie e un’efficienza energetica notevolmente migliorata.

Lo standard JEDEC DDR4 è stato aggiornato a gennaio 2020 ed è stato definito per fornire prestazioni più elevate, con maggiore affidabilità e potenza ridotta, rappresentando quindi un risultato significativo rispetto alle precedenti tecnologie di memoria DRAM.,

Mentre i due standard discussi sopra sono mantenuti dal comitato JEDEC, JC-42, lo standard JESD21-C, “Configurazioni per memorie a stato solido”, è mantenuto dal comitato JEDEC JC-41. JC-41 ha un’appartenenza ampia e attiva e lo standard è pubblicato in un formato legante per accogliere frequenti aggiornamenti e modifiche.

La seconda parte di questa serie di FAQ approfondisce “Tecnologie di memoria e opzioni di imballaggio.”Parte tre recensioni” Memoria Centric Computing e architetture di sistema di memoria.,”

Intel Optane Persistent Memory, Intel
Main Memory: DDR4& DDR5 SDRAMs, JEDEC
Micron DDR5, Micron
Persistent Memory, Wikipedia
La storia e il futuro delle architetture DRAM in diversi domini applicativi, imec
Che cos’è la memoria persistente?, NetApp