طراحي و تحليل دو سلول SRAM غيرفرار مبتني بر ممريستور

Design and Analysis of 2 Memristor-Based Nonvolatile SRAM Cells

با پيشرفت و تغيير مقياس فناوري ساخت به ابعاد نانومتري، حافظه­ هاي SRAM به­ عنوان يك بخش بااهميت در طيف وسيعي از برنامه­ هاي ميكروالكترونيك، از مصرف­ كننده­ هاي بي­سيم تا پردازنده ­هاي سطح بالا، كاربردهاي چندرسانه­اي و سامانه­ هاي بر تراشه استفاده مي­ شوند. سلول بيتي پايه در طراحي آرايه SRAM ، ساختار شش ترانزيستوري است، اما نوسانات و قطع ولتاژ تغذيه، منجر به حذف اطلاعات ذخيره­ شده سلول­ هاي مبتني بر آن مي­ شود. اختراع نانوافزاره ممريستور به ­خاطر سرعت كليدزني بالا، پايداري بالا در نگهداري داده، مصرف توان پايين، چگالي مجتمع­ سازي بالا و سازگاري با فناوريCMOS ، مي­ تواند اين مشكل را برطرف سازد. در اين مقاله دو سلول SRAM جديد غيرفرار با استفاده از روش COMS مبتني بر ممريستور پيشنهاد شده است. اولين سلول پيشنهادي داراي هشت ترانزيستور و دو ممريستور 8T2M و سلول دوم داراي نه ترانزيستور و دو ممريستور 9T2M است. سلول­ هاي پيشنهادي با استفاده از فناوري 180 نانومتر TSMCو با تغذيه 8/1 ولت طراحي­ و در نرم­افزار HSPICE شبيه­ سازي شده ­اند. رويكرد طراحي در اين سلول­ها در جهت كاهش توان مصرفي، حفظ حاشيه نويز استاتيكي SNM و اضافه­ شدن قابليت غيرفراربودن حافظه نسبت به ساختارهاي پيشين است. شبيه­ سازي بيانگر آن است كه براي سلول 8T2M، توان مصرفي حالتWrite 0 و Write 1 به ميزان 11 درصد بهبود نسبت به سلول شش ترانزيستوري متعارف دارد. همچنين، در سلول 9T2M، بهبود براي حالت Read 0 حدود 54 درصد و براي حالت Read 1 حدود 11 درصد است.

In microelectronic applications, the enhancement and scaling to the nanometer technology has caused the SRAM memories to be used as one of the basic and essential components in wireless communications in high performance server processors, multimedia applications and Systems On-Chip (SoC). In the recent years, different SRAM cells have been designed and the 6T-SRAM structure is the most commonly used. However, the supply voltage variations and disconnection may eliminate the stored data. The Memristor is invented as one of the mostly used nano-devices, it can solve the problem due to the fast switching speed, high endurance and data retention, low power consumption, high integration density and CMOS compatibility. In this thesis, two novels high-performance non-volatile SRAM cell using the CMOS-Memristor technique for SRAM memory array are proposed. In the first design, SRAM has eight MOSFETs and two Memristors (8T2M-SRAM) and in the second design, SRAM has nine MOSFETs and two Memristors (9T2M-SRAM). The proposed SRAM cells are designed using 0.18µm CMOS TSMC Technology at 1.8v supply voltage. The design strategy is to reduce the power consumption, improve the Static Noise Margin (SNM) in the design of the non-volatile SRAM cell over the previous cell. The results show, write chr('39')0chr('39') and write chr('39')1chr('39') dynamic power consumption the 8T2MSRAM cell has a 10% improvement over the 6T-SRAM. Also, there is a 54% improvement in the dynamic power consumption the 9T2M-SRAM cell in the read chr('39')0chr('39') mode and a 71% improvement in the read chr('39')1chr('39') mode. It is worth noting that the simulations are performed in HSPICE.