Toshiba entwickelt SRAM (XLL SRAM) mit extrem geringem Leckstrom: damit können energiesparende MCU schnell aus dem Tiefschlafmodus heraus aktiviert werden

Die Toshiba Corporation (TOKYO:6502) kündigte heute an, dass das Unternehmen ein 65-nm-SRAM (XLL SRAM) mit extrem geringem Leckstrom entwickelt hat, das sich für die RAM-Sicherung in energiesparenden MCU eignet und eine schnelle Aktivierung aus dem Tiefschlafmodus ermöglicht.

Toshiba stellte diese Neuerung am 11. Februar 2014 auf der International Solid-State Circuit Conference im kalifornischen San Francisco vor.

In Systemen mit niedrigem Energieverbrauch wie beispielsweise tragbaren Geräten, Hilfsmitteln aus dem Gesundheitswesen und intelligenten Stromzählern besteht eine große Nachfrage nach langen Akkuentladungszeiten. Dennoch sind viele Herausforderungen bei der Energieeinsparung im MCU in diesen Systemen zu bewältigen. Mit den Fortschritten bei der Prozessgeneration werden ein erhöhter Leckstrom sowie der aktive Stromverbrauch zum Problem. Die Verringerung des Leckstroms in dem RAM, in dem Daten im Standby-Modus aufbewahrt werden, ist dabei besonders entscheidend.

Ein herkömmliches MCU verringert die Verlustleistung im Tiefschlafmodus, wenn der Standby-Strom etwa 1µA beträgt. Allerdings kann ein herkömmliches SRAM so keine Daten aufbewahren, denn es erfordert Standby-Strom, der wesentlich höher ist als 1µA. Deshalb nimmt das erneute Laden von Daten viel Zeit in Anspruch, wenn das System aus dem Tiefschlafmodus heraus aktiviert wird. Durch die Verwendung von FRAM als Sicherungs-RAM werden Probleme beim erneuten Laden hinfällig. FRAM ist jedoch viel langsamer und verbraucht viel mehr aktiven Strom als SRAM. Darüber hinaus ist die erforderliche Prozessorleistung höher.

Toshiba hat ein SRAM (XLL SRAM) mit extrem geringem Leckstrom entwickelt, dessen Verlustrate tausend Mal geringer ist als die konventioneller SRAM: 27 fA Verlustleistung pro Bit bei einer Herstellung in 65-nm-Prozessen. Dieser Grad ist niedriger als der Wert, der in Veröffentlichungen zu SRAM jenseits der 65-nm-Technologie bisher genannt wurde. Das neue SRAM kann über 10 Jahre hinweg mit einer einzigen Akkuladung Daten in einem Sicherungsspeicher mit einer Kapazität von rund 100 KByte aufbewahren.

MOSFET, die mit neuen Prozesstechnologien hergestellt wurden, haben einen höheren Gate-Leckstrom, einen durch das Gate herbeigeführten Drain-Leckstrom (Gate induced drain leakage, GIDL) und Channel-Leckstrom. Toshiba hat nun einen Transistor mit geringem Leckstrom und einer dicken Gate-Oxidsperrschicht, einem langen Channel und einem optimalen Source-Drain-Diffusionsprofil entwickelt, um den genannten Faktoren hinsichtlich des Leckstroms entgegenzuwirken und diese in der Speicherzelle anzuwenden. Das Unternehmen entwickelte mehrere innovative Schaltkreise zur Verringerung des Leckstroms. Dazu gehört eine Vorspannschaltung zur Umkehrung eines Gegenstroms zum NMOS der Speicherzelle. Eine andere wiederum trennt die Versorgungsspannung zu den Peripherieschaltungen während der Datenaufbewahrung.

Der Transistor mit geringem Leckstrom ist größer als ein herkömmlicher Transistor, wobei sich insgesamt der Zellbereich vergrößert. Toshiba stellte sicher, dass die Größe der Zelle 20 Prozent geringer ist als der Bereich der gemäß dem ursprünglichen Entwicklungskonzept für dieses Gerät bei einer Versorgungsspannung von 1,2 V vorgesehene Bereich. Im Allgemeinen haben große Transistorschaltkreise eine höhere aktive Verlustleistung. Toshiba verhindert dies jedoch durch Energiesparschaltkreise wie "Quarter Array Activation Scheme (QAAS)” und "Charge Shared Hierarchical BitLine (CSHBL)”.

Ein SRAM mit einer Lesezugriffszeit von 7 ns bietet die nötige Geschwindigkeit, um als RAM in einem MCU mit geringem Energieverbrauch zu laufen und kann als Sicherungs-RAM im Tiefschlafmodus verwendet werden, da es über einen extrem geringen Leckstrom verfügt. Da das erneute Laden von Daten im System wegfällt, wird die Aktivierung aus dem Tiefschlafmodus heraus beschleunigt.

Toshiba plant, SRAM in einem Produkt einzusetzen, das 2014 auf den Markt kommt, und erwartet, dass es weithin in künftigen akkubetriebenen Geräten Einsatz finden wird.

Über Toshiba

Toshiba ist ein weltweit führender Hersteller, Lösungsanbieter und Vermarkter hoch entwickelter elektronischer und elektrischer Produkte und Systeme mit einem breit gefächerten Produktspektrum. Als innovative und zukunftsweisende Firma ist die Toshiba Group auf zahlreichen Geschäftsfeldern aktiv: digitale Produkte wie LCD-Fernseher, Notebooks, Lösungen für den Einzelhandel und Multifunktionsgeräte, elektronische Ausrüstungen wie Halbleiter, Speicherprodukte und -materialien, industrielle und sozialen Infrastruktursysteme, wie beispielsweise Anlagen zur Energieerzeugung, Lösungen für intelligente Städte, medizinische Systeme sowie Rolltreppen und Aufzügen, aber auch Haushaltsgeräte.

Toshiba wurde 1875 gegründet und betreibt heute ein weltumspannendes Netzwerk mit über 590 angeschlossenen Firmen. Das Unternehmen hat weltweit 206.000 Mitarbeiter, und sein jährlicher Gesamtumsatz übersteigt 5,8 Billionen Yen (etwa 61 Milliarden US-Dollar). Besuchen Sie die Internetseite von Toshiba unter www.toshiba.co.jp/index.htm

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