SRAM

Cos’è la SRAM (memoria statica ad accesso casuale)?

La SRAM (RAM statica) è un tipo di memoria ad accesso casuale (RAM) che conserva i bit di dati nella sua memoria finché viene fornita energia. A differenza della RAM dinamica (DRAM), che deve essere continuamente aggiornata, la SRAM non ha questo requisito, con conseguenti migliori prestazioni e un minore consumo di energia. Tuttavia, la SRAM è anche più costosa della DRAM e richiede molto più spazio.

La SRAM è una categoria di RAM volatile che utilizza flip-flop anziché condensatori per memorizzare i dati, sotto forma di cifre binarie (bit). Questa caratteristica di progettazione intrinseca significa che non è necessario un aggiornamento costante per conservare i dati nella SRAM. Il termine statico nel suo nome deriva dal fatto che non è necessaria alcuna azione per mantenere intatti i dati.

Eliminando la necessità di cicli di aggiornamento che richiedono molto tempo, la SRAM riduce la latenza e facilita un accesso più rapido ai dati. Queste capacità possono essere particolarmente critiche per componenti chiave, come le cache dell’unità di elaborazione centrale sensibili alla velocità. In generale, la SRAM è in grado di migliorare la velocità e le prestazioni dei sistemi di elaborazione grazie alla sua capacità di facilitare il rapido recupero delle informazioni da parte dei processori.

A cosa serve la SRAM?

La SRAM in genere non viene utilizzata per la memoria principale di un computer a causa del suo costo e delle sue dimensioni. La maggior parte dei computer utilizza invece la DRAM perché supporta maggiori densità di dati a un costo inferiore per megabyte.

Detto questo, la SRAM viene spesso utilizzata per altri scopi. Ad esempio, potrebbe essere parte di un convertitore digitale-analogico RAM sulla scheda video o grafica di un computer. Potrebbe anche essere utilizzata in un’unità disco come cache buffer; in una periferica, come una stampante o un display a cristalli liquidi; o in un dispositivo di rete, come un router o uno switch. Due degli usi più comuni della SRAM sono per la memoria cache di un computer, come la cache L2 o L3 di un processore, e nei registri ad alta velocità.

La SRAM può essere trovata anche in altri dispositivi.

Ad esempio, i chip SRAM vengono spesso utilizzati nei cellulari, nei dispositivi indossabili e in altri dispositivi elettronici di consumo. Potrebbero anche essere incorporati in prodotti medicali, che possono includere qualsiasi cosa, dagli apparecchi acustici alle reti body area che comprendono più dispositivi incorporati nel corpo. In tutti questi dispositivi, l’accesso rapido ai dati è fondamentale, rendendo la SRAM più adatta della DRAM o della memoria flash non volatile. Inoltre, la SRAM è utilizzata in giocattoli, elettrodomestici, automobili, apparecchiature industriali e un’ampia gamma di dispositivi Internet of Things (IoT).

 

Tipi di SRAM

Nel corso degli anni, sono stati sviluppati molti tipi di SRAM con design diversi e per adattarsi a diverse applicazioni.

Il tipo più comune è la SRAM binaria, in cui una cella di memoria memorizza un bit in uno dei due stati binari: 0 o 1. Questa SRAM è la migliore per le applicazioni che richiedono bassa latenza e rapido accesso ai dati. La SRAM ternaria memorizza tre stati per cella, fornendo una maggiore densità di dati e operazioni di lettura/scrittura più efficienti.

La SRAM è disponibile anche in varianti sincrone e asincrone. La SRAM sincrona è sincronizzata con l’orologio di sistema, mentre la SRAM asincrona funziona fuori sincrono con l’orologio di sistema. La prima è adatta per l’elaborazione del segnale digitale ad alta velocità nelle comunicazioni digitali e altre applicazioni in cui la temporizzazione dei dati deve essere coordinata con precisione tra la SRAM e l’orologio di sistema. La seconda è la migliore per le applicazioni ad alta velocità. La SRAM a velocità di dati quadrupla è un tipo specifico di SRAM sincrona che fornisce alta velocità ed efficienza sincronizzando l’accesso ai dati con i fronti di salita e discesa del segnale dell’orologio di sistema.

È disponibile anche una SRAM a bassa potenza. Questo tipo di SRAM consuma meno energia rispetto ad altri tipi, in particolare in modalità attiva e standby. È adatto per dispositivi portatili in cui tali modalità sono comuni.

Quali sono i principali vantaggi della SRAM?

La velocità è il vantaggio più grande della SRAM. Finché viene fornita energia, la SRAM conserva i dati. Inoltre, poiché non richiede cicli di aggiornamento che richiedono molto tempo, la SRAM consente un rapido accesso ai dati e offre una latenza inferiore. Queste due qualità rendono la SRAM ideale per applicazioni in cui la velocità è essenziale.

L’integrità dei dati è un altro ambito in cui la SRAM ha un vantaggio rispetto ad altri tipi di memoria. L’integrità dei dati viene costantemente mantenuta perché la SRAM non utilizza condensatori e, ancora una volta, perché non richiede un aggiornamento costante.

Ora è disponibile una SRAM moderna che utilizza tecniche come power gating e dynamic voltage scaling. Di conseguenza, consuma meno energia, sia in modalità attiva che in modalità standby, rendendola più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai suoi predecessori. Tuttavia, la SRAM è più adatta per applicazioni in cui l’efficienza energetica è meno importante delle elevate velocità di accesso e della reattività, idealmente in tempo reale, bassa latenza e integrità dei dati.

La SRAM genera anche meno calore ed è più resistente alle radiazioni.

Svantaggi della SRAM

I dispositivi SRAM sono dispositivi a bassa densità con una piccola capacità di memoria, il che li rende inadatti per applicazioni che richiedono elevata capacità. La complessità e le dimensioni maggiori sono altri svantaggi della SRAM, entrambi i quali comportano costi più elevati. Per queste ragioni, la SRAM è preferita per la memoria cache ad alta velocità piuttosto che per la memoria principale a bassa velocità per la quale la DRAM è solitamente la scelta preferita.

La SRAM è anche una memoria volatile, ovvero perde dati quando non è collegata a una fonte di alimentazione. Ecco perché viene in genere utilizzata in applicazioni in cui la sua volatilità può essere accettabile in cambio di un accesso ai dati più rapido e di elevate velocità di trasferimento dati. Esempi includono dispositivi di consumo, dispositivi medici, switch e router di rete, registri di processori, unità di elaborazione grafica, dispositivi di rete, dispositivi logici programmabili e dispositivi IoT.

RAM statica vs. RAM dinamica

Sia la SRAM che la DRAM sono tipi di memoria volatile, il che significa che perdono i dati se vengono spente o se si verifica un’interruzione di corrente. Nonostante questa somiglianza, differiscono in modi importanti. Gran parte di questa differenza risiede nel modo in cui sono costruite.

La SRAM utilizza un circuito flip-flop per memorizzare ogni bit di dati. Il circuito fornisce due stati stabili, che vengono letti come 1 o 0. Per supportare questi stati, il circuito richiede sei transistor: quattro per memorizzare il bit e due per controllare l’accesso alla cella. A causa di tutti questi transistor, un chip SRAM ha una capacità molto inferiore rispetto a un chip DRAM di dimensioni comparabili.

Allo stesso tempo, l’uso di più transistor e di un circuito flip-flop elimina la necessità di un aggiornamento periodico, che è ciò che velocizza i trasferimenti e l’accesso ai dati. Per le operazioni di lettura/scrittura, i dati vengono localizzati tramite il bus di indirizzi per accedere alla cella di memoria specifica.

La DRAM richiede solo un transistor e un condensatore per memorizzare un bit. Il condensatore contiene gli elettroni che determinano se il bit è 0 o 1. Il transistor funge da interruttore per la lettura e la modifica dello stato del condensatore. I condensatori DRAM hanno la tendenza a perdere elettroni e carica, quindi devono essere aggiornati periodicamente per conservare i dati, il che può influire sulla velocità di accesso e aumentare il consumo di energia.

A causa delle diverse architetture, la SRAM tende a funzionare meglio e a richiedere meno energia, soprattutto quando è inattiva. Tuttavia, non può memorizzare tanti dati quanto la DRAM ed è più costosa.

SRAM, DRAM e altri tipi di memoria

Sia la SRAM che la DRAM superano facilmente la maggior parte delle attuali memorie non volatili, persino l’ultima generazione di unità flash e dispositivi di memoria di classe storage. È probabile che i sistemi informatici facciano affidamento sulla SRAM e sulla DRAM per un po’ di tempo a venire, sebbene siano in corso numerose ricerche per trovare alternative sia alla memoria a stato solido che allo storage.

Fino ad allora, la SRAM e la DRAM offrono vantaggi individuali che le rendono più adatte a casi d’uso specifici. In quanto tale, la DRAM è utilizzata per la memoria di un computer, e la SRAM è utilizzata per la sua cache, che richiede le massime velocità di accesso possibili. Infatti, la SRAM potrebbe potenzialmente avvantaggiare qualsiasi tipo di dispositivo in cui le prestazioni e l’uso di energia siano di primaria importanza.