Всем знаком закон Мура, описывающий уменьшение размеров транзисторов в логических схемах. Для того, чтобы он продолжал работать, технологам приходится идти на все новые и новые ухищрения, однако их работу несколько усложняет то, что все чипы очень разные по структуре. А что было бы, если бы можно было оптимизировать технологию под конкретный дизайн микросхемы? Ответ на этот вопрос может дать динамическая память.

Классический пример работы закона Мура — ячейка статической памяти. Ее схема давно известна и широко используется, занимая десятки процентов площади современных микропроцессоров и систем на кристалле. Именно площадь ячейки статической памяти стали использовать как мерило плотности упаковки новых технологий, когда стало понятно, что длина канала транзистора больше не может быть эталоном проектных норм.

Учитывая важность статической памяти, технологи стараются подбирать параметры процессов так, чтобы не только в принципе увеличивать плотность упаковки элементов на кристалле, но и заботиться конкретно о статической памяти. Однако, на чипе всегда есть множество других схем, и если очень сильно упираться в оптимизацию именно памяти, это может выйти боком. Но что было бы, если бы технологию можно было полностью подчинить нуждам схемотехники? Ответ на этот вопрос может дать динамическая память.

DRAM

В отличие от шеститранзисторной ячейки статической памяти, элемент динамической памяти состоит из всего двух частей — одного МОП-транзистора и одного конденсатора. Это позволяет разместить на одном чипе большое количество информации. Но емкости памяти, как золота, никогда не бывает достаточно, а чипы DRAM обычно содержат только DRAM и производятся такими тиражами, что переделывать технологию под дизайн — вполне состоятельная идея.

Самая первая динамическая память появилась еще во Вторую мировую войну, в вычислительной машине Aquarius, одной из многих, при помощи которых англичане вскрывали немецкие шифры. Впрочем, до широкого внедрения динамической памяти пришлось ждать еще двадцать лет. Эти двадцать лет основным типом памяти в вычислительных устройствах была память на магнитных сердечниках — громоздкая, прожорливая и очень дорогая из-за большого количества кропотливого ручного труда при сборке.

Все изменилось, когда в 1966 году Роберт Деннард, работая со статической памятью на МОП-транзисторах, придумал альтернативный подход, позволивший сэкономить на количестве элементов. В честь Деннарда, кстати, названо деннардовское масштабирование, которому должны следовать параметры КМОП-микросхем для того, чтобы работал закон Мура, так что его вклад в увеличение плотности упаковки микросхем поистине огромен.

На этой фотографии Роберт Деннард изображен вместе с ничем иным как схемой и разрезом ячейки DRAM.

Идея Деннарда была гениальна в своей простоте: сердце МОП-транзистора — это конденсатор, образованный затвором, подзатворным диэлектриком и подзатворной областью транзистора. Так почему бы не использовать этот конденсатор… как конденсатор? Если конденсатор заряжен — это логическая единица, если разряжен — логический ноль.

Как видите, все действительно очень просто, и эта простота стала основной коммерческого успеха одной всем известной компании с синим логотипом, первой коммерциализировавшей DRAM в начале семидесятых, а потом запустившей в качестве сайд-проекта микропроцессор 8008.