Comment sélectionner les bons types de puces mémoire pour votre conception

Ci-dessous certains des paramètres couramment utilisés par les concepteurs et les développeurs :

•  Les interfaces matérielles font référence aux nombreuses interfaces d'une puce mémoire et sont nécessaires pour permettre l'accès et la récupération de données à haut débit sans compromettre les capacités de mémoire. Une puce mémoire s'interface avec les cartes graphiques, les disques durs et les bus série universels (USB).
•  Le débit de données est la rapidité avec laquelle l'instruction est extraite de la mémoire du programme, convertie en signaux pour le processeur et exécutée.
•  La bande passante, ou fréquence d'horloge et temps d'accès, fait référence à la quantité de données qu'une puce mémoire peut déplacer, lire, stocker ou traiter dans un laps de temps défini. Elle peut être exprimée en bits, octets ou hertz par seconde (b/s, B/s ou cycles/s).
•  La taille de la mémoire fait référence à la capacité de stockage des données.
•  La bande passante mémoire est la vitesse à laquelle les données peuvent être lues ou stockées dans un dispositif semi-conducteur par un processeur.
•  La latence CAS détermine la vitesse de fonctionnement générale du système de processeur.
•  La conservation des données indique la durée pendant laquelle les données peuvent être conservées dans la puce.
•  L’efficacité énergétique d’une puce est inférieure si la puce doit être alimentée par une source d’énergie en continu.
•  Écriture/réécriture ou lecture seule indique si la puce mémoire effectue des écritures/réécritures fréquentes. En règle générale, la mémoire morte (ROM) stocke un programme exécutable en lecture seule.
•  La tolérance de température est la plage de température dans laquelle la puce mémoire peut fonctionner de manière fiable ; une plage de température plus large indique la capacité accrue d'une puce à fonctionner dans des environnements difficiles.

Nous utiliserons les paramètres ci-dessus pour comparer les quatre catégories de puces mémoire les plus courantes sur le marché : mémoire vive dynamique (DRAM), RAM statique (SRAM), ROM programmable effaçable électriquement (EEPROM) et flash.

La RAM dynamique et la RAM statique sont utilisées dans la mémoire principale, ou RAM, et l'EEPROM et le flash sont utilisés dans la mémoire secondaire ou ROM. Bien que la mémoire primaire et la mémoire secondaire soient toutes deux nécessaires, elles diffèrent sur de nombreux aspects. Traditionnellement, la mémoire secondaire fait référence au stockage externe tel qu'un disque dur. Avec les progrès technologiques en matière de mémoire, de nombreuses mémoires secondaires incluent désormais des mémoires électroniques.

Mémoire principale : DRAM et SRAM

La mémoire primaire, ou RAM, est liée à l'unité centrale de traitement (CPU). En conséquence, la mémoire principale permet un accès plus rapide aux données. Toutefois, la mémoire principale est limitée en taille de mémoire, tandis que la mémoire secondaire sert au stockage de long terme de quantités plus grandes de données. La mémoire principale est volatile, temporaire et exige une alimentation électrique continue pour conserver sa mémoire stockée. Lorsque le système est hors tension, le contenu de la mémoire disparaît. Enfin, la mémoire primaire peut être écrite et réécrite plusieurs fois.

La DRAM et la SRAM sont toutes deux utilisées dans la mémoire primaire. La DRAM possède une structure cellulaire plus simple que la SRAM. La DRAM exige une cellule de mémoire quand la SRAM en a besoin de plusieurs. Par conséquent, la DRAM est beaucoup moins onéreuse pour le même niveau de densité de mémoire. De plus, la DRAM peut atteindre une densité de mémoire élevée dans des formats réduits, ce qui permet sa prévalence dans les ordinateurs personnels et les stations de travail.

Cependant, la DRAM présente des inconvénients importants. Étant donné que la charge électrique responsable du stockage des données dans les cellules de la DRAM s’épuise peu à peu, les cellules de la DRAM doivent être régulièrement rafraîchies ou réécrites. Comme l’acronyme DRAM le suggère, le processus de rafraîchissement est dynamique. Ses exigences en matière de rafraîchissement et de source d’énergie continue font de la DRAM un choix énergivore/à faible rendement. Les besoins de rafraîchissement de la DRAM ralentissent également sa vitesse de fonctionnement.

D’autre part, comme la SRAM n’a pas besoin d’être rafraîchie, elle peut prendre en charge des cycles de lecture et d’écriture plus rapides et plus fiables que la DRAM. De plus, les temps de cycles de la SRAM sont beaucoup plus courts car ils n’ont pas besoin de s’interrompre entre deux accès aux données. Avec plus de cellules de mémoire par puce, les puces SRAM sont beaucoup plus onéreuses et exigent plus d’énergie que les puces DRAM. En conséquence, la SRAM est généralement utilisée pour la mémoire cache et vidéo, tandis que la DRAM sert de technologie de mémoire à semi-conducteur principale.

En plus d'une vitesse de fonctionnement plus rapide, la SRAM a une efficacité opérationnelle supérieure à celle de la DRAM. La DRAM fonctionne de manière asynchrone, réagissant aux requêtes et les traitant les unes après les autres. En revanche, la SRAM est synchronisée avec l'horloge du processeur et peut fonctionner de manière plus complexe et à des vitesses plus élevées.

Enfin, il existe des puces DRAM et SRAM qui sont renforcées et dotées d'une plage de température permettant de prendre en charge les applications industrielles et militaires.

Mémoire secondaire : EEPROM et flash

Contrairement à la mémoire principale, la mémoire secondaire, ou ROM, n’est pas liée au processeur. En conséquence, la mémoire secondaire assure un accès moins rapide aux données. Étant donné que la mémoire secondaire est non-volatile et permanente, elle conserve ses données même en cas de coupure de courant ou suite à un choc ou à une vibration. De plus, la mémoire secondaire dispose d'une capacité de stockage de données considérablement plus importante et, contrairement à la mémoire primaire, qui peut être écrite et réécrite à plusieurs reprises, la mémoire secondaire est principalement en lecture seule et rarement modifiée.

La mémoire EEPROM est un type de ROM qui peut être effacée et reprogrammée de manière répétée par des impulsions électriques à une tension donnée. Une puce EEPROM est effacée et reprogrammée octet par octet. Par conséquent, la reprogrammation de l’EEPROM peut être lente. De plus, l'EEPROM a une programmabilité limitée, ce qui réduit sa durée de vie.

L'EEPROM n'est pas largement utilisée car elle manque de fiabilité en matière de conservation et d'endurance des données. L’EEPROM a une période de conservation des données limitée car les électrons injectés dans la grille flottante peuvent dériver, et entraîner des pertes de données. La réécriture devient impossible pour l'EEPROM au-delà d'un certain nombre de cycles, limitant l'endurance des données.

En conséquence, les EEPROM sont principalement utilisées pour le prototypage rapide de dispositifs, qui nécessitent une reprogrammation facile et une absence de volatilité. Les fabricants d’ordinateurs personnels utilisent généralement l’EEPROM pour reprogrammer la mémoire en lecture seule. De plus, comme les puces EEPROM ne nécessitent pas d’alimentation pour conserver leurs données, elles sont couramment utilisées pour stocker les informations du BIOS et les logiciels de base des modems, des cartes vidéo et d’autres périphériques.

Au cours des années, la mémoire flash, une version plus efficace de l’EEPROM, a remplacé cette dernière dans de nombreux secteurs. Contrairement à l’EEPROM, qui lit et écrit en octets, la mémoire flash efface et écrit les données par blocs de taille fixe. Cette particularité améliore les performances de la mémoire flash par rapport à celle de l’EEPROM. Bien que certaines puces flash soient plus lentes car elles ne peuvent pas être écrites tant qu'elles ne sont pas effacées, certaines puces flash plus récentes disposent d'une fonction de lecture pendant l'écriture (RWW) qui permet la lecture et l'écriture simultanées.

Les deux types de mémoire flash de base sont (NAND) (NON-ET, en français) et (NOR) (NI, en français). L’accès à la mémoire flash NAND s’apparente aux unités par blocs comme les disques durs. Partitionnée avec un système de fichiers et utilisée comme une zone de stockage à accès aléatoire, la mémoire flash NAND a besoin d’une unité de gestion de la mémoire. De l’autre côté, la mémoire flash NOR peut être lue par cellules de mémoire individuelles, comme une ROM traditionnelle. De plus, pour prolonger le nombre limité de cycles d'écriture (durée de vie) d'une clé USB, un nivellement de l'usure a été développé pour réduire l'impact sur les cellules ou zones très utilisées.

Dans l’ensemble, les puces flash sont plus portables que les puces EEPROM. Cependant, les puces flash sont trop chères par octet pour être utilisées comme périphériques de stockage de masse. À l’heure actuelle, la mémoire flash sert au stockage d’images numériques dans des périphériques tels que les cartes de données sécurisées d’appareil photo numérique, les clés USB, les téléphones portables ou les scanners. Les puces de mémoire flash sont également utilisées comme disques SSD dans les ordinateurs portables et comme cartes mémoire pour les consoles de jeux vidéo.

Trouver les puces mémoire adaptées à vos besoins

Un ordinateur a besoin de ses deux types de mémoire : principale et secondaire. Les deux types de mémoire possèdent différentes caractéristiques d’interface matérielle, de débit de données, de taille de mémoire, de conservation de données, d’efficacité énergétique et de lecteur/écriture. Pour sélectionner votre puce de mémoire, recherchez les bons paramètres pour votre modèle. La plupart des distributeurs fournissent des critères de recherche de mémoire pour la commodité des développeurs.

La mémoire principale utilise à la fois des puces DRAM et SRAM. Les différences les plus significatives entre elles comprennent le besoin de rafraîchissement régulier et le moindre coût de la DRAM ainsi que la vitesse supérieure de la SRAM. Utilisées dans la mémoire secondaire, les puces EEPROM et flash se distinguent nettement en termes d’effacement et d’écriture des données, ainsi qu’en matière de coût plus élevé des puces flash.

Il existe de nombreuses autres mémoires spécialisées disponibles. Mais les mémoires DRAM, SRAM, flash et EEPROM sont de loin les plus populaires chez les concepteurs. Apprenez-en davantage sur les différents types de mémoire d’ordinateur.

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