Circuit-Technology Co-Optimization of SRAM Design in Advanced CMOS Nodes (eBook)
XVIII, 288 Seiten
Springer Nature Switzerland (Verlag)
978-3-031-76109-6 (ISBN)
Modern computing engines-CPUs, GPUs, and NPUs-require extensive SRAM for cache designs, driven by the increasing demand for higher density, performance, and energy efficiency. This book delves into two primary areas within ultra-scaled technology nodes: (1) advancing SRAM bitcell scaling and (2) exploring innovative subarray designs to enhance power-performance-area (PPA) metrics across technology nodes.
The first part of the book utilizes a bottom-up design-technology co-optimization (DTCO) approach, employing a dedicated PPA simulation framework to evaluate and identify the most promising strategies for SRAM bitcell scaling. It offers a comprehensive examination of SRAM bitcell scaling beyond 1 nm node, outlining a structured research cycle that includes identifying scaling bottlenecks, developing cutting-edge architectures with complementary field-effect transistor (CFET) technology, and addressing challenges such as process integration and routing complexities. Additionally, this book introduces a novel write margin methodology to better address the risks of write failures in resistance-dominated nodes. This methodology accounts for time-dependent parasitic bitline effects and incorporates timing setup of write-assist techniques to prevent underestimating the yield loss.
In the second part, the focus shifts to a top-down DTCO approach due to the diminishing returns of bitcell scaling beyond 5 Å node at the macro level. As technology scales, increasing resistance and capacitance (RC) lead designers to adopt smaller subarray sizes to reduce effective RC and enhance subarray-level PPA. However, this approach can result in increased inter-subarray interconnect overhead, potentially offsetting macro-level improvements. This book examines the effects of various subarray sizes on macro-level PPA and finds that larger subarrays can significantly reduce interconnect overhead and improve the energy-delay-area product (EDAP) of SRAM macro. The introduction of the active interconnect (AIC) concept enables the use of larger subarray sizes, while integrating carbon nanotube FET as back-end-of-line compatible devices results in macro-level EDAP improvements of up to 65% when transitioning from standard subarrays to AIC divided subarrays. These findings highlight the future trajectory of SRAM subarray design in deeply scaled nodes.
| Erscheint lt. Verlag | 20.12.2024 |
|---|---|
| Zusatzinfo | XVIII, 288 p. 152 illus. in color. |
| Sprache | englisch |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | Active Interconnect Divided Subarray Design • Advanced Technology Node • CFET • Deeply scaled technology node • SRAM • SRAM bitcell scaling |
| ISBN-10 | 3-031-76109-X / 303176109X |
| ISBN-13 | 978-3-031-76109-6 / 9783031761096 |
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