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1 1 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging Memory Technologies for Reconfigurable Routing in FPGA Architecture Fabien Clermidy P.E Gaillardon, H. Ben Jamaa, G. Beneventi, L. Perniola CEA, LETI, Minatec Campus Grenoble, France 2010

2 2 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA FPGA Market About 90% of market controlled by SRAM-based FPGA –Long set-up time –Large power consumption Non-volatile FPGA opportunities –Instant power up –Data integrity –low power modes Small niche applications : Space, Defense High Price Low Capacity Low Price Or high Capacity

3 3 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA FPGA architecture: where to play? Ahmed et al., 2001 Logic element = CLB Interconnections = Switch box Lin et al., 2007

4 4 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA PCRAM opportunities Density equivalent to DRAM 5 order of magnitudes more write/erase cycles Good perspectives of write/erase cycles

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7 7 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA The Phase-Change RAM structure Electrodes –Heater Control the current density Improve Joule heating –Contact Back-End compatibility –PC material deposited at BE temperatures –Possible integration in BEOL or in metal layers Heater Active region Crystalline chalcogenide

8 8 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA The Phase-Change RAM model Good matching with experimental data 5 main modules No partial states are assumed

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10 10 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA The Phase-Change RAM opportunities Phase-Change Memories Non-volatility 3D technology Low Cost Low On resistance Delay reduction Size reduction

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12 12 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA Programming Complex programming units needed –But shared with many switch boxes 3-state MUX Programming unit In Iprog SelEn Out Sel 3-state Programming unit In W In E In S In N Polycrystal t QUENCH > 100 ns TXTX Amorphous t QUENCH < 10 ns T melt

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17 17 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA FPGA architecture: Final view Ahmed et al., 2001

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20 20 © CEA 2010. Tous droits réservés. Toute reproduction totale ou partielle sur quelque support que ce soit ou utilisation du contenu de ce document est interdite sans lautorisation écrite préalable du CEA All rights reserved. Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA 2010 Emerging memories for FPGA Questions?


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