Z-RAM : un bien dans un mal

Nous avons décidé de parler de la Z-RAM et la NRAM en dernier, car aucune date n’a réellement été donnée. On peut estimer que la Z-RAM sortira avant la NRAM. Nous vous rapportions l’adoption par AMD de cette mémoire pour ses futurs processeurs (cf. « AMD adopte la Z-RAM ». Elle devrait être utilisée en tant que mémoire cache en lieu et place de la SRAM. Néanmoins, nous n’en savons pas beaucoup plus aujourd’hui.

Z-RAM pour Zero-capacitor RAM est le fruit d’années de développement chez Innovative Silicon. La Z-RAM tire parti d’un phénomène que l’on a constaté sur les design CPU fabriqués à l’aide de la technologie SOI. Pour rappel, une des forces d’AMD est l’utilisation de la technologie SOI (Silicon On Insulator) qui consiste à placer une couche d’oxyde entre deux couches de silicium afin de réduire les courants de fuites. Cela permet donc une augmentation de la vitesse des transistors, tout en gardant une consommation électrique réduite. Néanmoins, on observe aussi un effet que l’on appelle « l’effet des corps flottants ».

À cause de sa chaussure, Cendrillon épouse le prince

Ce phénomène est caractérisé par la présence d’une capacité électrique entre le transistor et le substrat isolant. Si cet effet est néfaste sur les designs conventionnels, il est le fondement même des mémoires exemptes de tout condensateur. En effet, l’effet des corps flottants permet d’obtenir le même résultat qu’un condensateur (emmagasiner une charge électrique). Le fonctionnement est relativement simple. En envoyant une charge positive dans la cellule, on fait baisser sa tension, provoquant ainsi une augmentation de l’intensité ce qui correspondant à la valeur 1. Une charge négative aura l’effet inverse et sera comprise comme la valeur 0. Pour lire les données, on envoie une pulsation au transistor de la cellule-bit désignée afin de comparer l’intensité de la cellule sélectionnée avec celle d’une cellule de référence dont on connaît déjà la valeur.

Pour la petite histoire, les premières expériences furent menées dans les années 1990 par un centre de recherche Belge et l’utilisation de cet effet dans la Z-RAM fut rendu possible par le Directeur Technique d’Innovative Silicon, Dr. Pierre Franz. Innovatrice Silicon appelle d’ailleurs cet effet, l’effet Cendrillon, car il bénéficie d’une situation qui était désavantageuse à l’origine.

Petit, mais costaud

Son avantage par rapport à la SRAM réside dans sa constitution même. Le fait qu’elle n’ait pas de condensateur réduit le nombre de composants nécessaires à sa constitution et donc sa taille. On obtient un niveau de performance légèrement inférieur par rapport à la SRAM, mais on passe d’une architecture 6-transistors à une architecture au transistor unique. Elle est donc cinq fois plus petite ce qui a deux avantages majeurs. On peut économiser de la place pour produire des die plus petits pour faire des économies et réduire les dégagements de chaleur. On peut aussi utiliser la place gagnée pour introduire une nouvelle unité de calcul par exemple. Enfin, la Z-RAM disposerait de temps de réponse de l’ordre de 3 ns ce qui est presque au niveau des DRAM.

La Z-RAM pourra-t-elle aussi remplacer la DRAM ? Elle est certes plus dense que les mémoires centrales de nos ordinateurs et sa fabrication ne demande pas d’étapes supplémentaires ou de matériaux spéciaux. Elle gère mieux l’augmentation de la finesse de gravure puisque Innovative Silicon a déjà montré puce Z-RAM gravée en moins de 100 nm et pense atteindre une finesse de gravure inférieure à 40 nm d’ici 2012. Néanmoins, la technologie SOI reste 10 à 15 % plus chère que la fabrication d’un CMOS classique. Il faut donc réellement avoir une production de masse, comme pour la mémoire cache d’un microprocesseur afin qu’une Z-RAM soit intéressante économiquement.

Concrètement, pour qu’un fabricant de DRAM se mette à la Z-RAM, il lui faudra adapter toute son usine pour gérer le SOI, ce qui représente un coût exorbitant. Beaucoup pensent donc que l’on ne verra pas cette mémoire sortir des sentiers où le SOI est déjà bien implanté comme le monde des processeurs.

On sait toute fois que son caractère volatil ne lui permet pas d’être universelle. Il est en tout cas difficile de dire comment cette mémoire sera utilisée, Innovative Silicon ne faisant que vendre la technologie à d’autres constructeurs.