メモリ技術の紹介 20170826

© 2017 Toshiba Memory Corporation
メモリ技術の紹介
Takashi Maeda
Toshiba Memory Corporation
Aug. 26, 2017

2© 2017 Toshiba Memory Corporation
• 情報爆発中
• メモリの種類と階層構造
• 実例で見るメモリの使われ方
• メモリの動作原理（簡単に）
• 最近出てきたNEWメモリ（時間があれば）
Outline

情報爆発中
2011年調査
1999年調査
Internet
デジタルカメラ、ビデオ
IoT
…

容量の単位について
BYTE ーアルファベット一文字（文字コードによる）
KILOBYTE ー 2-3段落の文章
MEGABYTE ーフロッピーディスク=1.4MB、写真1枚、
GIGABYTE ー DVD=4.7GB、映画1本
TERABYTE ー HDD=1TB
PETABYTE
EXABITE
ZETTABYTE
YOTTABYTE

How Big? HDD換算
サンタクララ群の3倍 or 岐阜県
Stanford大学の40%

低ビットコスト化  情報爆発

究極の記憶媒体とは？
安い
速い長持ち
安い
（大容量）
速い
揮発性：電源を切るとデータが消える
不揮発性：電源を切ってもデータが消えない

半導体メモリ
http://www.intelsalestraining.com/memorytimeline/
PROM: 電気書き込み
マスクROM: 作成時に書き込み

半導体メモリ
http://www.intelsalestraining.com/memorytimeline/
安い、書き換え不可、不揮発速い、高い、揮発
速い、高い、揮発遅い、安い、不揮発
PROM: 電気書き込み
マスクROM: 作成時に書き込み

メモリの分布
安い
速い
10ns
100ns
10ms
100us
揮発
揮発
不揮発
不揮発

メモリ階層
Cache L1,L2,…
Register
CPU
Main Memory
Storage

メモリ階層～図書館
Cache L1,L2,…
Register
CPU
Main Memory
Storage

住み分け
Cache L1,L2,…
Register
CPU
Main Memory
Storage
SRAM
DRAM
NAND Flash
HDD

記憶素子の使われ方を
家庭用ゲーム機を例に見ていきます。

第３世代ゲーム機
本体
ファミコンディスクシステム
本体 Main RAM 2KB SRAM
VRAM 2KB SRAM
?
ソフト供給媒体ロムカセット 1MB (~PROM) 磁気ディスク 112KB

VRAM 2KB SRAM
ソフト供給媒体ロムカセット 1MB (~PROM) 磁気ディスク

VRAM 2KB SRAM
ソフト供給媒体ロムカセット 1MB (~PROM)
SRAM (電池内蔵)
磁気ディスク

第４世代ゲーム機
スーファミメガドライブ PCエンジン
本体 Main 128KB DRAM
VRAM 64KB SRAM
Main 64KB SRAM
VRAM 64KB DRAM
Main 8kB SRAM
VRAM 64kB SRAM
ソフトロムカセット 6MB ロムカセットロムカセット

第５世代ゲーム機
Nintendo 64 Play station セガサターン
本体 CPU 16KB+8KB
cache
Main DRAM 4.5MB
CPU 4KB+1KB cache
GPU 1MB DRAM
サウンドCPU 0.5MB
Main 2MB DRAM
メモリカード(フラッシュメモリ)
CPU 4KB cache
GPU 1MB DRAM
Main 2MB DRAM
VRAM 1.5MB DRAM
サウンドRAM 0.5MB
CD-ROMバッファ0.5MB
(拡張カートリッジ 4MB)
ソフトロムカセット 64MB CD-ROM CD-ROM

第7世代ゲーム機
Wii Play station 3
本体 CPU L1 64KB + L2 256KB
GPU 3MB 混載DRAM
24MB? 1T-SRAM
メイン 64MB?
内蔵フラッシュメモリ(512MB)
SDメモリカード
CPU 256KB+L2 512KB
GPU 64MBx4 DRAM
Main 256MB DRAM
VRAM 256MB DRAM
USBメモリ
HDD
ソフト DVD 4.7GB DVD, Blue-ray

各ゲーム機毎のメモリ容量まとめ
発売年ゲーム機 Cache Main Memory ソフト
1983 ファミコン - 2KB 1MB
1990 スーパーファミコン - 128KB 6MB
1996 Nintendo 64 16KB+8KB 4.5MB 64MB
2001 ゲームキューブ 64KB+256KB 40MB 1.5GB
2006 Wii 64KB+256KB 64MB 4.7GB
2012 Wii U ?+2MB 2GB 25GB
京（スーパーコンピュータ）
#CPU=88,128
CPU: 8 core
cache: L1 32KB+32KB、 L2 6MB(8coreで共有)
メインメモリ: DRAM 32/64GB??

メモリ素子の種類
世の中で知られているメモリは、
どんな種類がある？
どうやって動いてる？

Taxonomy of Memory
国際半導体技術ロードマップ
ITRS2013

メモリの動作原理
SRAM
DRAM、NAND Flash
HDD、MRAM (Magnetic RAM)
RRAM (Resistive RAM)
FeRAM (Ferroelectric RAM)
PCM (Phase Change Memory)
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体
イオン電導
2つのレベルを取る物理量を使って、デジタル値0/1を実現する。

動作原理
SRAM: 電圧の高低を保持する回路
プロセッサと(ほぼ)同じ速度で動く
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体
イオン電導
電気信号の高い低いで2値を実現

動作原理
DRAM
コンデンサ(蓄電器？)
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体
イオン電導
貯めた電子の数で2値の実現
電子 
NAND Flash
絶縁体の箱

動作原理
結晶構造の違いからくる電気抵抗の差を利用
PCM (Phase Change Memory)
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体低抵抗高抵抗
イオン電導
アモルファス結晶

動作原理
RRAM (Resistive RAM)
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体
イオン電導
金属イオンの動かして、電流パスを作る
低抵抗高抵抗

動作原理
HDD
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体
イオン電導
磁石の向きで、2値を実現
MRAM

動作原理
FeRAM (Ferroelectric RAM)
電圧
結晶構造
電荷量
磁性体
強誘電体
イオン電導
電気双極子の向きで2値を実現
H H
O
ー
+
+
ー

3DXpoint 約25年ぶりのまとも
なNEWメモリ!

メモリの分布
安い
速い
10ns
100ns
10ms
100us
x1000
揮発
揮発
不揮発
不揮発

メモリの分布
安い
速い
10ns
100ns
10ms
100us
PCMで実現されているらしい。揮発
揮発
不揮発
不揮発
不揮発

APPENDIX

NANDフラッシュメモリ

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