Abstract
A low power SRAM using supply voltage charge recycling (SVCR-SRAM) scheme is proposed. It divides into two SRAM cell blocks and supplies two different powers. A supplied power is $V_{DD}$ and $V_{DD}/2$. The other is $V_{DD}/2$ and GND. When N-bit cells are accessed, the charge used in N/2-bit cells with VDD and $V_{DD}/2$ is recycled in the other N/2-bit cells with $V_{DD}/2$ and GND. The SVCR scheme is used in the power consuming parts which bit line, data bus, word line, and SRAM cells to reduce dynamic power. The other parts of SRAM use $V_{DD}$ and GND to achieve high speed. Also, the SVCR-SRAM results in reducing leakage power of SRAM cells due to the body-effect. A 64K-bit SRAM ($8K{\times}8$bits) is implemented in a $0.18{\mu}m$ CMOS process. It saves 57.4% write power and 27.6% read power at $V_{DD}=1.8V$ and f=50MHz.
본 논문에서는 공급전압의 전하를 재활용하여 전력소모를 줄인 저전력 SRAM(Low power SRAM using supply voltage charge recycling: SVCR-SRAM)을 제안하였다. 제안한 SVCR-SRAM은 SRAM 셀 블록을 두 개의 셀 블록으로 나누어 두 종류의 공급전압을 공급한다. 이중 하나는 $V_{DD}$와 $V_{DD}/2$이고, 다른 하나는 $V_{DD}/2$와 GND이다. N비트 셀들이 연결되었을 때 $V_{DD}$와 $V_{DD}/2$의 전원으로 동작하는 N/2비트의 셀들에서 사용된 전하는 나머지 $V_{DD}/2$와 GND의 전원으로 동작하는 N/2비트의 셀들에서 재활용된다. SVCR 기법은 전력소모가 많은 비트라인, 데이터 버스, SRAM 셀에서 사용되어 전력소모를 줄여준다. 다른 부분들에서는 동작속도를 높이기 위해 $V_{DD}$와 GND의 공급전압을 사용하였다. 또한, SVCR-SRAM에서는 Body-effect로 인한 SRAM 셀들의 누설전류가 크게 감소하는 효과가 있다. 검증을 위하여, 64K비트($8K{\times}8$비트)SRAM chip을 $V_{DD}=1.8V,\;0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 구현하였다. 제작된 SVCR-SRAM에서는 쓰기전력의 57.4%와 읽기전력의 27.6%가 줄었다.
