DRAM结构学习

随着AI算力需求激增,内存的需求也迎来大爆发,内存不断追求的就是,更大的容量,更低的时延,更高的带宽。有DDR,GDDR,LPDDR,HBM这些。它们是 JEDEC 规范下的不同硬件接口标准,底层操作的都是 DRAM 存储介质。

了解这些接口标准的基础,是要清楚什么是DRAM,DRAM的结构是什么,DRAM有哪些操作和特性。

要理解 HBM、GDDR、LPDDR 等规范中复杂的命令时序(Timing Parameters),必须先理清 DRAM 芯片内部"二维阵列 \\rightarrow 独立模块 \\rightarrow 并行分组"的层次化组织结构。

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(31 封私信) DRAM结构 - 搜索结果 - 知乎

一、 最小物理单元:什么是 1T1C?

1C(电容器 Capacitor):负责"存电"

物理作用: 利用电容器是否存有电荷来代表数据。电容器带电(有电荷)表示 逻辑 1,不带电(无电荷)表示 逻辑 0。

动态属性的根源: 电容器极其微小(微米/纳米级),电荷会不可避免地缓慢泄漏。为了防止数据丢失,必须每隔几十毫秒对其重新充电,这就是 DRAM 中 "动态(Dynamic)刷新" 名称的由来。

1T(晶体管 Transistor):负责"开关"

物理作用: 充当电容器的电子开关。晶体管的栅极连接 Wordline(WL 字线),漏极/源极分别连接 Bitline(BL 位线) 和电容器。

控制逻辑:

当 WL(字线)置高电平时,晶体管导通,电容器与 BL(位线)连通,此时可以对电容进行充放电或读取电荷。

当 WL(字线)置低电平时,晶体管截止,将电荷"锁"在电容器内部。

二、 从 1T1C 到存储阵列(Memory Array)

成千上万个 1T1C 单元通过交叉的矩阵线路连接在一起,构成了 DRAM 的基础存储网格:

Wordline(字线 / 行控制线): 水平贯穿一行单元的所有晶体管栅极。拉高某一根 WL,就会同时"打开"这一整行(Row)所有的 1T1C 单元。

Bitline(位线 / 列数据线): 垂直贯穿一列单元。负责在 WL 导通后,将电容器中的微弱电荷传导给底部的 Sense Amplifier(读出放大器),或者将写入的数据灌入电容器。

  1. 预充电(Precharge)

读取或写入完毕后,必须发送 PRECHARGE 命令,将 WL 关闭(断开晶体管),并将 BL 的电压恢复重置到初始中间电平(通常为 VDD/2),以便下一次读取。

T1C Array: 最小的二维网格,由 Row(行)和 Column(列)交织而成。

Bank: 包含一个 1T1C Array 以及其专属的 Row Decoder(行译码器)和 Sense Amps(行缓冲区/读出放大器),是能独立执行读写/预充电的模块。

Bank Group: 多个 Bank 的组合,组间共享高频数据总线与译码控制电路。

Chip: 整合多个 Bank Group、控制逻辑以及对外物理接口(PHY)的完整半导体晶圆成品。

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