Анализ методики уменьшения утечки в 7Т и 8Т ячейках SRAM на основе транзисторов FinFET

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347014090015

Ключові слова:

полевой транзистор с плавником, ток утечки, просачивающаяся мощность, статическое оперативное запоминающее устройство, ОЗУ, SRAM, саморегулирумый уровень напряжения, SVL, верхний SVL, нижний SVL, FinFET

Анотація

Предложены семитранзисторные (7Т) и восьмитранзисторные (8Т) ячейки SRAM (статическое ОЗУ) на основе транзисторов FinFET (полевые транзисторы с плавником). Транзисторы FinFET способны обеспечить лучшую производительность за счет компромисса по мощности. Разработчики могут выбрать или режим работы транзистора с повышенной производительностью при приблизительно такой же потребляемой мощности, как у планарных устройств на КМОП-структурах, или режим работы, при котором будет получена приблизительно такая же производительность, но при меньшей потребляемой мощности. Цель данной работы состоит в уменьшении тока утечки и просачивающейся мощности ячеек SRAM на основе транзисторов FinFET, использующих технологии схем с саморегулируемым уровнем напряжения (SVL) и созданных по 45-нм технологии. Схема SVL позволяет подавать питание с максимальным уровнем напряжения постоянного тока, прикладываемого к активной нагрузке, или позволяет понизить подаваемое напряжение постоянного тока на нагрузку в режиме хранения. Схема SVL может уменьшить просачивающуюся мощность в режиме хранения для ячейки SRAM с минимальными проблемами в отношении площади кристалла и быстродействия. Большие токи утечки в субмикронных режимах являются основными факторами, определяющими суммарную мощность рассеяния КМОП-схем с объемным каналом, поскольку снижается пороговое напряжение Vth, сокращаются длина канала L и толщина оксидного слоя затвора tокс. Ток утечки в ячейке SRAM возрастает в связи с уменьшением длины канала МОП-транзистора. Для уменьшения этого тока используются два метода: первый метод предполагает уменьшение напряжения питания, другой использует увеличение нулевого потенциала. Предлагаемые 7Т и 8Т ячейки SRAM на основе транзисторов FinFET спроектированы с помощью программы Cadence Virtuoso Tool, а результаты моделирования получены с помощью моделирующей системы Cadence SPECTRE для технологии 45 нм.

Посилання

Bowman K. A. Impact of die-to-die and within-die parameter fluctuations on the maximum clock frequency distribution for gigascale integration / K. A. Bowman, S. G. Duvall, J. D. Meindl // IEEE J. Solid-State Circuits. — Feb. 2002. — Vol. 37, No. 2. — P. 183–190. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/4.982424.

Borkar S. Parameter variations and impact on circuits and microarchitecture / Shekhar Borkar, Tanay Karnik, Siva Narendra, Jim Tschanz, Ali Keshavarzi, Vivek De // 40th Annual Design Automation Conf. : DAC, 2003. — P. 338–342. — DOI : http://dx.doi.org/10.1145/775832.775920.

Karnik T. Statistical design for variation tolerance: key to continued Moore’s law / T. Karnik, V. De, S. Borkar // Integrated Circuit Design and Technology : Int. Conf. ICICDT'04, 2004 : proc. — 2004. — P. 175–176. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ICICDT.2004.1309939.

Yu B. 15 nm gate length planar CMOS transistor / Bin Yu, Haihong Wang, A. Joshi, Qi Xiang, Effiong Ibok, Ming-Ren Lin // Electron Devices Meeting : Int. Tech. Dig., IEDM'01, 2–5 Dec. 2001, Washington, DC, USA. — Washington, 2001. — P. 11.7.1–11.7.3. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/IEDM.2001.979669.

Hisamoto D. FinFET—a self-aligned double-gate MOSFET scalable to 20 nm / D. Hisamoto, Wen-Chin Lee, J. Kedzierski, H. Takeuchi, K. Asano, C. Kuo, Erik Anderson, Tsu-Jae King, J. Bokor, Chenming Hu // IEEE Trans. Electron Devices. — Dec. 2000. — Vol. 47, No. 12. — P. 2320–2325. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/16.887014.

Balasubramanium J. Y. S. Design of sub-50 nm FinFET based low power SRAMs / J. Y. S. Balasubramanium / Semicond. Sci. Technol. — 2008. — Vol. 23. — P. 13.

Zhang K. A 3-GHz 70-mb SRAM in 65-nm CMOS technology with integrated column-based dynamic power supply / K. Zhang, U. Bhattacharya, Zhanping Chen, F. Hamzaoglu, D. Murray, N. Vallepalli, Yih Wang, Bo Zheng, M. Bohr // IEEE J. Solid-State Circuits. — 2005. — Vol. 41, No. 1. — P. 146–151. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2005.859025.

Powell M. Gated-Vdd: a circuit technique to reduce leakage in deep-submicron cache memories / M. D. Powell, S.-H. Yang, B. Falsafi, K. Roy, T. N. Vijaykumar // Low Power Electronics and Design : 2000 Int. Symp., ISLED’00, — July 2000. — P. 90–95. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LPE.2000.155259.

Agarwal A. DRG-cache: a data retention gated-ground cache for low power / Amit Agarwal, Hai Li, Kaushik Roy // 39th Design Automation Conf. : proc. — June 2002. — P. 473-478. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/DAC.2002.1012671.

Guindi R. S. Design techniques for gate-leakage reduction in CMOS circuits / Rafik S. Guindi, Farid N. Najm // Quality Electronic Design : Fourth Int. Symp., 24–26 March 2003 : proc. — 2003. — P. 61–65. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ISQED.2003.1194710.

Chang L. Stable SRAM cell design for the 32 nm node and beyond / L. Chang, D. M. Fried, J. Hergenrother, J. W. Sleight, R. H. Dennard, R. K. Montoye, Lidija Sekaric, S. J. McNab, A. W. Topol, C. D. Adams, K. W. Guarini, W. Haensch // VLSI Technology : Symp. 14–16 June 2005, Digest of Tech. Papers : proc. — Jun. 2005. — P. 128–129. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/.2005.1469239.

Enomoto T. A self-controllable voltage-level (SVL) circuit for low-power high-speed CMOS circuits / T. Enomoto, Y. Oka, H. Shikano, T. Harada // Solid-State Circuits Conf. : 28th European Conf., ESSCIRC 2002, 24–26 Sept. 2002, Florence, Italy : proc. — 2002. — P. 411–414.

Kanda K. 90% write power-saving SRAM using sense-amplifying memory cell / K. Kanda, H. Sadaaki, T. Sakurai // IEEE J. Solid-State Circuits. — June 2004. — Vol. 39, No. 6. — P. 927–933. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2004.827793.

Lavanya S. Self controllable voltage level (SVL) for low power consumption / S. Lavanya, J. Lisbin // Computational Intelligence & Computing Research : in IEEE Int. Conf., ICCIC, 18–20 Dec. 2012, Coimbatore. — 2012. — P. 1–5. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ICCIC.2012.6510228.

##submission.downloads##

Опубліковано

2014-09-08

Як цитувати

Кушвах, Р. С., & Акеше, Ш. (2014). Анализ методики уменьшения утечки в 7Т и 8Т ячейках SRAM на основе транзисторов FinFET. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 57(9), 3–17. https://doi.org/10.20535/S0021347014090015

Номер

Том 57 № 9 (2014)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2014 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.