SRAM vs. FlipFlop / Si Größe

Das Äquivalent zu einer SRAM-Zelle als Logik-Gatter ist ein RS-Flipflop. 
Aber ein RS-Flipflop hat üblicherweise getrennte Eingänge und Ausgänge, 
eine SRAM-Zelle nicht.

SRAM-Zellen treten massenhaft auf, weshalb sie von Hand so optimiert 
werden, dass Stromverbrauch und Geschwindigkeit zur Anforderung passen. 
Flipflops im Bereich der random logic hingegen werden automatisch 
erzeugt.

Bastian schrieb:
> Wenn ich als Speicherzelle ein FlipFlop oder eine SRAM Zelle nehme heißt
> es ja, dass die SRAM Zelle auf dem Silizium wesentlich weniger Fläche
> verbaucht als das FLipFlop. Jedenfalls wird das immer gesagt.

Wer sagt das?

> Das ist doch korrekt oder?

Kommt auf den Kontext an. Das kann richtig sein oder falsch. Aber im 
Prinzip ist eine SRAM-Zelle ein Flipflop. Andererseits ist Flipflop 
ein Oberbegriff für eine Menge verschiedener Schaltungen. Und eine 
SRAM-Zelle braucht mindestens noch einen (oder 2) Freigabeanschlüsse, um 
die Zelle auch adressieren zu können. Sie ist also mehr als ein nacktes 
Flipflop.

> Was ist denn nun der Unterschied? Bzw. wo liegt der Unterschied
> bezüglich der verbrauchten Fläche auf dem Silizium?

Wie ein Vorredner sagte, werden SRAM-Zellen meist in großen Mengen und 
in sehr regulären Strukturen (typischerweise eine 2D-Matrix) integriert. 
Da lohnt es sich dann, durch Handoptimierung jedes bisschen Chipfläche 
einzusparen (und die simple Struktur erleichtert das auch).

Bei Logikfunktionen mit wesentlich unregelmäßigerer Struktur wird die 
Chipgröße idR. vom Platzbedarf der "Verdrahtung" (Metallisierungslayer) 
bestimmt. Selbst wenn man da an der Fläche für das eigentliche Flipflop 
sparen könnte, hätte man am Ende kaum etwas davon.


XL

bko schrieb:
> Hier eine typische SRAM-Zelle:
> http://de.wikipedia.org/wiki/Static_random-access_memory
> Besteht aus 2 Pmos und 4 Nmos Transistoren

> Allein ein CMOS NAND-Gate besteht aus 4 Transistoren:
> http://en.wikipedia.org/wiki/Cmos

Relevanz? Was läßt dich glauben, ein RS-Flipflop würde außerhalb des 
Klassenzimmers tatsächlich aus zwei NAND-Gattern gebildet?

> Nun zum Vergleich ein D-Flipflop:
> http://www.vlsitechnology.org/html/cells/vsclib013/dfnt1.html
> 12 Nmos und 12 Pmos Transistoren

Und was läßt dich glauben, ein D-Flipflop wäre das Flipflop? Gar das 
Flipflop, das am ehesten mit einer SRAM-Zelle vergleichbar ist?

> 6:24 SRAM-Bitzelle zu Flipflop

Eher Äpfel zu Birnen


XL

Schaut euch mal die Funktionsweise der SRAM-Zelle mit 6 Mosfets an, da 
kommen schon einige Einschränkungen zutage:

Das eigentliche Flipflop bestehend aus zwei Invertern hat eigentlich nur 
Ausgänge (Q und /Q). Diese werden als Eingänge genutzt, indem sie beim 
Schreibvorgang mehr oder weniger gegen GND bzw. VCC kurzgeschlossen 
werden. Diese Methode spart zwar Mosfets ein, ist aber nicht besonders 
schön.

Damit die Ströme beim Schreiben nicht allzu hoch werden, werden die 
Flipflop-Mosfets relativ schwach ausgelegt (was immerhin wieder 
Chip-Fläche spart). Deswegen braucht man aber für die IC-Ausgang 
zusätzliche Treiberstufen. Da die Ausgangssignale des Flipflops zudem 
durch die beiden Mosfets zur Ankopplung an die Bit-Leitungen verfälscht 
werden, benötigt man zu sicheren Bestimmung des gespeicherten Logikwerts 
einen Lesekomparator.

Während bei einem "richtigen" Flipflop der Ausgang ständig aktiv ist, 
kann eine SRAM-Zelle wegen der als Eingänge genutzten Ausgänge während 
des Schreibvorgangs nicht gelesen werden.

Fazit:

Die SRAM-Zelle mit 6 Mosfets ist kein vollständiges Flipflop, da es sich 
nur zusammen mit einer speziellen Schreib-/Leselogik betreiben lässt. 
Diese fällt beim SRAM-Baustein nicht ins Gewicht, da man diese Logik für 
Tausende oder sogar Millionen von Speicherzellen nur einmal benötigt 
(genauer gesagt, einmal pro Datenleitung des ICs). Ein Einzel-Flipflop 
würde dadurch aber recht aufwendig werden. Um auch die anderen Nachteile 
der SRAM-Zelle zu umgehen, werden Einzel-Flipflops anders als 
SRAM-Zellen aufgebaut.

Ein einfaches taktzustandsgesteuertes D-Flipflop (die Amis bezeichnen 
das als "Latch") mit permanenten Ausgängen und ohne den 
"Kurzschlusstrick" kann immerhin schon mit 8 Mosfets realisiert werden. 
Werden zusätzliche Features gewünscht (Flankentriggerung, 
Set-/Reset-Eingänge, J-/K-Eingänge usw.) steigt der Aufwand natürlich 
deutlich an. Solche "High-End"-Flipflops haben dann aber auch gar nichts 
mehr mit der primitiven SRAM-Zelle zu tun.