Wie viele Kondensatoren in einem einzelnen RAM?

Ja, sie haben wirklich so viele Kondensatoren auf so kleinem Raum.

Hierfür gibt es zwei vorherrschende Technologien: Stapelkondensator-DRAMs und Grabenkondensator-DRAMs.

Stapelkondensatoren verwenden grundsätzlich eine Reihe von Metall- und Isolatorschichten, um einen Kondensator mit angemessener Kapazität auf einer kleinen Oberfläche aufzubauen.

Trench-Kondensator-DRAMs ätzen grundsätzlich einen "Graben" (einen tiefen, V-förmigen) in das Silizium, scheiden eine Schicht aus Metall, eine weitere aus Isolator und eine weitere aus Metall ab.

In jedem Fall erhalten Sie eine relativ große Kapazität für die Oberfläche. Die Kapazität ist jedoch nach den meisten normalen Standards immer noch recht klein. Beispielsweise hat ein Samsung DRAM ab 2017 eine Kapazität von etwa 7,4 fF pro Zelle .

Um mit einer so kleinen Kapazität aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, haben die meisten DRAMs zusätzlich zu den für die Speicherung verwendeten einige zusätzliche Kondensatoren.

Um eine Zelle zu lesen, laden Sie eine dieser Ersatzzellen (eine, die sich physisch in der Nähe der Zelle befindet, die Sie lesen möchten) mit ungefähr der Hälfte der Ladung auf, die Sie zum Speichern einer normalen Speicherzelle verwenden würden 1. Eine einfache Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, zwei Kondensatorzellen zusammen zu verwenden, sodass das Einspeisen der gleichen Spannung und Dauer des Ladeimpulses in sie zur Hälfte der Ladung im Kondensator führt.

Dann lesen Sie die Werte aus der Ersatzzelle und der Speicherzelle zurück und speisen beide in einen Differenzverstärker (den "Sense Amp") ein. Dies hilft, das meiste Gleichtaktrauschen auf den Bitleitungen zu unterdrücken, sodass das aus dem Leseverstärker kommende Signal einen ziemlich sauberen niedrigen oder hohen Wert hat, mit einer wesentlich besseren Störfestigkeit (und damit einer verbesserten Zuverlässigkeit) im Vergleich zum bloßen Ablesen der Spannung der Kondensator selbst.

Außerdem hat ein typischer DRAM einige zusätzliche Speicherbänke. Wenn der Chip im Werk getestet wird, kann es vorkommen, dass eine der normalen Speicherbänke einen Defekt aufweist. Wenn dies der Fall ist, enthält der Chip normalerweise einige Sicherungen (oder Anti-Fuses), die durchgebrannt werden können, um die defekte Bank durch eine Ersatzbank zu ersetzen, sodass ein Chip trotz ein oder zwei Defekten normalerweise immer noch die Spezifikationen erfüllt.

Daher hat ein DRAM-Chip normalerweise noch mehr Kondensatoren, als Sie aus der Berechnung seiner Größe erhalten, basierend auf dem, was er aufnehmen soll (obwohl die Zunahme ehrlich gesagt ziemlich gering ist, zumindest prozentual - wenn auch mit so etwas wie a 32 GB Speicher, sogar ein kleiner Prozentsatz ergibt eine ziemlich große absolute Zahl).

Als letzte Anmerkung: Ein DRAM-Chip muss zusätzlich zu den DRAM-Zellen selbst über eine beträchtliche Menge an Schaltungen (Decoder, Leseverstärker usw.) verfügen. Als wirklich einfache Faustregel können Sie sich vorstellen, dass die eigentlichen Zellen etwa die Hälfte der Chipfläche einnehmen und die zugehörige Schaltung die andere Hälfte.

Ja, das ist richtig.

Die Kondensatoren sind SEHR klein!

Es ist erwähnenswert, dass eine der Schlüsselvariablen, die bestimmen, wie viel Kapazität ein Kondensator hat, der Kehrwert des Abstands zwischen den "Platten" ist.

Das heißt, wenn Sie den Abstand zwischen den Platten halbieren, verdoppeln Sie die Kapazität.

Wenn Sie die Dinge auf Chipebene herunterskalieren, wird dieser Abstand im Vergleich zu einem typischen diskreten Kondensator unglaublich klein.

Auf diese Weise ist es möglich, funktionsfähige Kondensatoren in nM-Größen herzustellen, die zu Milliarden auf einen Siliziumchip passen.