Programmable ROM

Programmble ROM (PROM) adalah sebuah jenis memori digital, dimana keadaan setiap bit dalam memori dikunci oleh sekring atau antisekring (eFUSE/sekring elektronik juga dapat digunakan). Ini adalah salah satu jenis memori hanya-baca (ROM). Data di dalam ROM jenis apapun permanen dan tidak dapat diubah. Memori PROM digunakan dalam perangkat elektronik digital untuk menyimpan data permanen, yang biasanya berupa program tingkat rendah, seperti firmware atau kode mikro. Perbedaan utama antara PROM dan ROM adalah penulisan data ke ROM terjadi selama produksi, sedangkan untuk PROM, pemrograman data terjadi setelah produksi. Oleh karena itu, ROM biasanya hanya digunakan untuk produksi skala besar dengan data yang telah diverifikasi dengan baik, sedangkan PROM digunakan untuk memungkinkan pengujian subset perangkat secara berurutan oleh perusahaan sebelum pembakaran data.

PROM dibuat tanpa data (kosong) di dalamnya, dan, tergantung pada teknologinya, dapat diprogram ketika pembuatan wafer, tes akhir, atau di dalam sistem. Programmer PROM menulis data ke chip PROM kosong. Ini memungkinkan penyimpanan memori PROM tanpa data dan pemrograman pada menit terakhir oleh perusahaan untuk menghindari komitmen volume besar. Memori ini sering digunakan dalam pengendali mikro, konsol permainan, telepon genggam, tanda pengenal frekuensi radio (RFID), perangkat medis implan, antarmuka multimedia definisi tinggi (HDMI), dan dalam banyak produk elektronik konsumen dan otomotif lainnya.

Sejarah

Wen Tsing Chow, yang bekerja untuk Divisi Arma dari Korporasi Amerika Serikat Bosch Arma di Garden City, New York mengembangkan PROM pada tahun 1956.^[1]^[2] Memori PROM dikembangkan karena ada permintaan dari Angkatan Udara Amerika Serikat untuk menemukan cara yang lebih aman dan fleksibel untuk menyimpan konstanta penargetan di komputer digital peluru kendali balistik antarbenua (ICBM) Atlas E/F. Ketika Atlas E/F menjadi rudal utama pasukan ICBM Amerika Serikat, teknologi dan paten memori PROM dirahasiakan selama beberapa tahun. Istilah membakar (bahasa Inggris: burn), yang mengacu pada proses pemrograman PROM, juga ada dalam paten asal memori PROM. Salah satu penerapan pembakaran pertama adalah pembakaran betul-betul kumis/whisker internal dioda-dioda dengan arus yang berlebihan untuk memutus sirkuit. Programmer PROM pertama juga dikembangkan oleh insinyur-insinyur Arma yang dipimpin oleh Mr. Chow dan berada di laboratorium Arma di Garden City dan markas Komando Udara Strategic Air Command (SAC).

Memori program hanya sekali (OTP/one time programmable) adalah jenis spesial memori non-volatil yang hanya memungkinkan penulisan data ke memori sekali. Setelah pemrograman data, memori mempertahankan isinya bahkan ketika kehilangan daya (non-volatil). Memori ini digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan pembacaan data yang andal dan berulang. Misalnya, kode boot, kunci enkripsi, dan parameter konfigurasi untuk sirkuit analog, sensor, atau tampilan. OTP non-volatil memiliki luas struktur memori yang lebih kecil dan penggunaan listrik yang lebih sedikit daripada jenis memori non-volatil lain, seperti eFuse atau EEPROM. Oleh karena itu, banyak produk memakai memori OTP, mulai dari mikroprosesor, driver tampilan, hingga sirkuit terpadu manajemen daya (PMIC).

Susunan memori semikonduktor OTP berbasis antisekring tersedia di pasar setidaknya sejak 1969. Awalnya, sel bit antisekring bergantung pada peledakan kapasitor antara jalur konduktif yang menyilang. Texas Instruments mengembangkan antisekring MOS pemecah gerbang oksida pada tahun 1979.^[3] Antisekring MOS gerbang oksida ganda dua transistor (2T) diperkenalkan pada tahun 1982.^[4] Teknologi pemecahan oksida awal memiliki berbagai masalah pembesaran skala, pemrograman, ukuran, dan produksi yang mencegah produksi skala besar perangkat memori yang menggunakan teknologi ini.

Walaupun PROM berbasis antisekring ada selama beberapa dekade, sebelum 2001, CMOS umum tidak memilikinya. Pada tahun itu, Kilopass Technology Inc. mematenkan teknologi sel bit antisekring 1T, 2T, dan 3,5T, yang menggunakan proses CMOS biasa. Ini memungkinkan adanya memori PROM dalam chip logika CMOS. Proses node antisekring pertama yang dapat diterapkan dalam chip CMOS umum adalah proses node 0,18 µm. Langkah-langkah difusi spesial untuk membuat elemen pemrograman antisekring tidak diperlukan, karena ambang pemecahan gerbang oksida lebih rendah daripada ambang pemecahan persimpangan. Pada tahun 2005, perangkat antisekring saluran terpisah^[5] diperkenalkan oleh Sidense. Dalam sel bit saluran terpisah, perangkat (gerbang) oksida tebal (IO) dan tipis digabungkan menjadi sebuah transistor (1T) dengan gerbang polisilikon umum.

Pemrograman

Dalam PROM baru biasa, semua bit di dalamnya dibaca sebagai "1". Membakar bit sekring ketika menjalani proses pemrograman "meledakkan" sekring, yang menyebabkan bit-bit dalam PROM dibaca sebagai "0". Proses "peledakan" sekring tidak dapat dikembalikan. Beberapa chip PROM dapat diprogram ulang jika data barunya menggantikan bit-bit "1" dengan "0". Beberapa set instruksi CPU (seperti MOS Technology 6502) memanfaatkan ini dengan mendefinisikan instruksi break (BRK) dengan kode operasi '00'. Jika ada instruksi yang salah, itu bisa "diprogram ulang" ke BRK yang menyebabkan CPU memindahkan kendali ke sebuah patch. Ini akan mengeksekusi instruksi yang benar dan akan kembali ke instruksi setelah BRK.

Sel bit diprogram dengan memberi denyut listrik bertegangan tinggi (yang tidak ditemui selama penggunaan biasa), yang melintasi gerbang dan substrat transistor oksida tipis (sekitar 6 V untuk oksida dengan ketebalan 2 nm, atau 30 MV/cm) untuk memecahkan oksida antara gerbang dan substrat. Saluran inversi dalam substrat yang berada di bawah gerbang akan terbentuk dari adanya tegangan positif pada gerbang transistor. Ini menyebabkan arus terowongan (tunneling current) mengalir melewati oksida, yang menghasilkan perangkap-perangkap dalam oksida. Akibatnya, terjadi peningkatan arus melalui oksida, pelelehan oksida, dan pembentukan saluran konduktif dari gerbang ke substrat. Arus yang dibutuhkan untuk membentuk saluran konduktif adalah sekitar 100 µA/100 nm² dan pemecahan terjadi setelah kira-kira 100 µs (mikrodetik) atau kurang dari itu.^[6]

Catatan

^ Han-Way Huang (5 December 2008). Embedded System Design with C805. Cengage Learning. hlm. 22. ISBN 978-1-111-81079-5. Diarsipkan dari versi asli tanggal 27 April 2018.
^ Marie-Aude Aufaure; Esteban Zimányi (17 January 2013). Business Intelligence: Second European Summer School, eBISS 2012, Brussels, Belgium, July 15-21, 2012, Tutorial Lectures. Springer. hlm. 136. ISBN 978-3-642-36318-4. Diarsipkan dari versi asli tanggal 27 April 2018.
^ See US Patent 4184207 Diarsipkan 2018-04-27 di Wayback Machine. - High density floating gate electrically programmable ROM, and US Patent 4151021 Diarsipkan 2018-04-27 di Wayback Machine.Diarsipkan pada di - Method of making a high density floating gate electrically programmable ROM
^ Chip Planning Portal. ChipEstimate.com. Retrieved on 2013-08-10.
^ Lihat Paten AS 7402855 Diarsipkan 2015-09-04 di Wayback Machine. perangkat antisekring saluran terpisah
^ Wlodek Kurjanowicz (2008). "Evaluating Embedded Non-Volatile Memory for 65nm and Beyond" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-03-04. Diakses tanggal 2009-09-04.

Referensi

Buku Pegangan Desain Memori Intel 1977 - archive.org
Lembar data Intel PROM - intel-vintage.info
Lihat Paten "Switch Matrix" AS #3028659 di Kantor Paten AS Diarsipkan 2015-10-16 di Wayback Machine. atau Google
Lihat Paten Teknologi Kilopass AS "Sel memori semikonduktor kepadatan tinggi dan susunan memori menggunakan transistor tunggal dan memiliki kerusakan oksida gerbang variabel" Paten #6940751 di Kantor Paten AS Diarsipkan 2015-09-04 di Wayback Machine. atau Google
Lihat Paten Sidese US "Split Channel Antifuse Array Architecture" #7402855 di Kantor Paten AS Diarsipkan 2015-09-04 di Wayback Machine. atau Google
Lihat Paten "Metode Manufaktur Sirkuit Terpadu Semikonduktor" AS #3634929 di Kantor Paten AS Diarsipkan 2015-09-04 di Wayback Machine. atau Google
CHOI dkk. (2008). "Struktur Memori Non-Volatile Baru untuk Arsitektur FPGA"
Untuk tabel Keuntungan dan Kerugian, lihat Ramamoorthy, G: "Dataquest Insight: Nonvolatile Memory IP Market, Worldwide, 2008-2013", halaman 10. Gartner, 2009