Autor: Roberto Borba de Almeida (Currículo Lattes)
Resumo
Sistemas computacionais necessitam armazenar dados com desempenho adequado. Para alcançar este objetivo é necessário a utilização de uma hierarquia de memória, para combinar o uso de memórias de alta velocidade com memórias de alta capacidade e baixo custo por bit. Este trabalho é focado no estudo de memórias SRAM (Static Random Access Memory), que estão localizadas no topo da hierarquia de memória, que permitem o acesso aos dados em alta velocidade por serem fabricadas na mesma tecnologia do processador. Memórias SRAM permitem o armazenamento de dados enquanto o sistema estiver conectado a alimentação. Este tipo de memória é projetado em estruturas de blocos, que por sua vez são um conjunto de colunas que conectam n células aos circuitos de escrita, leitura e pré-carga. A célula é o componente que armazena dados, sendo que cada uma armazena 1 bit. A evolução tecnológica possibilitou a redução dos transistores e consequentemente aumentou o seu desempenho assim como reduziu a potência destes dispositivos. Na atual geração de circuitos integrados, as dimensões dos transistores chegaram à escala nanométrica. Entretanto, circuitos nessa escala são mais vulneráveis aos efeitos de variabilidade PVT (Process Voltage Temperature) e envelhecimento por BTI (Bias Temperature Instability). Estes efeitos fazem com que o circuito possa apresentar desvios em relação ao projeto inicialmente definido. Em células de memória SRAM, esses efeitos podem provocar a inversão dos bits armazenados, mau funcionamento e até mesmo impossibilitar a escrita e/ou leitura de dados. Este trabalho tem como objetivo o estudo de três topologias de células de memória SRAM: 6T, 8T e 9T. É investigado o impacto da variabilidade PVT e envelhecimento por BTI no desempenho, robustez e consumo elétrico nas células avaliadas em duas tecnologias: 16n de alto desempenho em tensão nominal e low power em regime near-threshold. Os resultados mostram que as células SRAM operando com tensão de alimentação reduzida são mais sensíveis a variabilidade de processo e envelhecimento. Considerando operação com tensão nominal e near-threshold, as células 8T e 9T se mostram mais robustas que a célula convencional 6T. No geral, a célula 8T mostrou menor variação diante dos impactos de variabilidade e envelhecimento. Embora a célula 9T apresente um comportamento próximo da 8T na maioria dos casos, justamente por ser uma adaptação da 8T, esta célula apresentou resultados de variabilidade PVT levemente inferior.