Come Ridurre i Consumi Nei Sistemi Integrati Grazie alle SRAM Con Modalità “Deep Sleep”

Daft Punk

Crediti editoriali DFree / Shutterstock.com

Uno dei miei gruppi musicali preferiti è il duo francese Daft Punk. Una delle particolarità dei membri di questa band è quella di fingere di essere robot e di presentarsi, a tutti i loro concerti e apparizioni, vestiti come dei robot. Nel 2013 hanno pubblicato l’album chiamato “Random Access Memories” o RAM, dove giocano ancora su questo tema. Tuttavia non hanno specificato il tipo di RAM. Sappiamo tutti quanto sia importante il tipo di memoria che si utilizza nel mondo dei sistemi integrati. Le SRAM presentano vari vantaggi sulle memorie Flash e specialmente sulle DRAM, in particolar modo per quanto riguarda il consumo di energia. Sono disponibili diversi tipi di SRAM che possono essere utilizzati nelle applicazioni integrate. Le SRAM dotate di funzionalità “deep sleep” quando usate correttamente sono ideali in termini di velocità e risparmio energetico.

Le SRAM nei sistemi integrati

È difficile scegliere quale sia il proprio gruppo musicale o artista preferito. Ce ne sono tantissimi, dei generi più diversi. Tuttavia quando si parla di scegliere una memoria per un sistema integrato la situazione è più semplice. Andiamo a confrontare velocemente le SRAM, le memorie Flash e le DRAM per capire esattamente dove le SRAM possono essere usate al meglio.

Ci sono molti tipi di memorie che sono stati progettati espressamente per i sistemi integrati, come le nuove CBRAM e i dispositivi basati sulla spintronica. Le memorie più tradizionali sono le Flash, le SRAM e le DRAM e ognuna di esse ha la sua ragione di esistere in un sistema. Quello che è interessante è che la posizione di questi diversi tipi di memoria e il modo con cui si accede ad essi influenza il loro consumo di energia. Anche il modo in cui l'architettura della memoria opera, svolge un ruolo in questo senso. Le memorie DRAM hanno bisogno di essere periodicamente rinfrescate per conservare i dati, per cui utilizzano più energia degli altri due tipi. Le memorie Flash vengono spesso utilizzate per memorizzare codice, le SRAM come memoria cache e le DRAM per usi più generali.

Il microcontroller che gestisce il sistema processa i dati molto velocemente e ha bisogno di una memoria che possa restare al passo con esso. Questo è il motivo per cui le SRAM sono normalmente usate come memoria cache. Le memorie Flash e DRAM hanno lunghi tempi di scrittura, cosa che può limitare la MCU (unità del microcontroller). Le SRAM sono normalmente limitate alla cache a causa delle dimensioni ridotte. Le DRAM sono utilizzate in processi che richiedono grande spazio per la memorizzazione temporanea di dati.

 

Computer RAM chips
Sia le SRAM che le DRAM hanno le loro ragioni di essere nei sistemi integrati.

Tipologie di SRAM

I Daft Punk sono il mio gruppo preferito in assoluto ma ci sono anche altri gruppi che amo, di generi musicali diversi. Allo stesso modo, quando si utilizza una SRAM, occorre anche sapere quale genere di SRAM scegliere. In genere quelle dotate di opzione “deep sleep” possono fornire la velocità necessaria senza consumare troppa energia.

Prima del boom dei dispositivi elettronici portatili il focus delle SRAM era principalmente sulla velocità. Ma da quando abbiamo iniziato a portare in giro super computer con processori affamati di energia le risparmiose SRAM hanno trovato la loro nicchia. La versione più veloce ha tempi di accesso di circa 10 ns, mentre quella a basso consumo di circa 45 ns. La versione a basso consumo utilizza meno energia con una corrente operativa di 36 mA rispetto ad una corrente operativa di 110 mA dell’altra versione e una corrente di standby dal valore incredibilmente basso, pari a 16 µA, estremamente più basso dei 30 mA della versione più veloce. Entrambe le versioni sono estremamente specializzate e vengono utilizzate in funzione delle diverse esigenze. Tuttavia nessuna delle due versioni è in grado di fornire quello che davvero vogliamo: ovvero velocità e risparmio energetico tutto in uno.

Le SRAM deep sleep sono un ibrido in grado di darci il meglio di entrambe le versioni. Con tempi di accesso pari a 10 ns sono veloci quanto la versione più veloce e nello stato di deep sleep presentano una corrente di standby molto simile a quella delle SRAM a risparmio energetico pari a soli 22 µA. Quando non si trovano nello stato di deep sleep la loro corrente di standby è di 30 mA e durante il normale funzionamento 110 mA. Quando usate nel modo corretto le SRAM deep sleep possono darvi le prestazioni di cui avete bisogno unite a consumi molto simili a quelle delle versioni a maggiore risparmio di energia.

 

Energy saving concept. Paper cut of eco on green grass
Le SRAM deep sleep vi aiutano a risparmiare energia.

Quando usare le SRAM deep sleep

È importante suonare il tipo giusto di musica al giusto momento. Non è una buona idea mettere una Sonata di Beethoven ad una festa di compleanno. La stessa cosa avviene per le SRAM deep sleep, ci sono casi in cui sono utili ed altri in cui il loro utilizzo non è sensato.

C’è un caso in particolare nel quale le SRAM deep sleep non vanno utilizzate. Si verifica quando i tempi di accesso delle SRAM sono troppo ridotti per dare modo ad esse di entrare nella fase deep sleep. Prendiamo ad esempio il caso in cui occorrano 300 µs ad una SRAM per passare nella modalità deep sleep e la stessa memoria venga acceduta ogni 250 µs. In questo caso la SRAM non farà mai in tempo ad entrare in modalità deep sleep e si comporterà, essenzialmente, come una normale SRAM. Avrete speso soldi extra per un componente che si comporta come una molto più economica SRAM tradizionale. Per cui prima di inserire le SRAM deep sleep nel vostro sistema assicuratevi che possiate sfruttarne appieno le potenzialità.

Alcuni di voi potrebbero domandarsi se sia difficile integrare le SRAM deep sleep nei vostri sistemi. Occorre riprogettare le connessioni o una batteria di backup se ne avete una? Per fortuna la risposta è no. Questo tipo di SRAM, rispetto alle normali SRAM veloci, ha solo un piedino extra. Sarei stupito se sapessi che non riuscite a fare spazio nel vostro progetto per un piedino aggiuntivo.

Magari non apprezzate le mie scelte musicali ma sono sicuro che abbiate compreso il valore della SRAM deep sleep. Probabilmente utilizzate una SRAM come memoria cache per la vostra MCU per i migliori tempi di accesso rispetto alle memorie Flash e DRAM. Sono sicuro anche che sappiate già quanta energia fanno risparmiare le SRAM rispetto alle DRAM, ma utilizzare SRAM veloci con la funzionalità deep sleep fornisce risparmi energetici aggiuntivi senza compromessi sulla velocità. Accertatevi solo che il vostro sistema sia in grado di sfruttarne tutte le potenzialità.

Indipendentemente dal tipo di memoria che andate ad utilizzare per integrarle al meglio vi occorre un software di progetto di PCB di qualità superiore. CircuitStudio® è dotato di fantastiche funzionalità che vi aiuteranno ad inserire al meglio qualsiasi tipo di memoria nei vostri sistemi.

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