Flashminne

Innen elektronikk er flashminne (også kalt flashminne ) en type solid-state og ikke-flyktig minne , som på grunn av ytelsen også kan brukes som lese-skrive-minne ; når den brukes som en ROM , kalles den også flash-ROM .

Historie

Både NOR-blits- og NAND- blitstypene ble oppfunnet av Fujio Masuoka ved Toshibas laboratorier på 1980-tallet. [1] Den første kommersielle modellen av flash-minne, en NOR-flash , ble produsert av Intel Corporation i 1988: [2] det var en 256 Kbit Flash-brikke; utviklet med EPROM- og EEPROM -teknologier , og utstyrt med et SRAM -grensesnitt , hadde NOR Flash skrive- og lesehastigheter som ville bli ansett som svært trege sammenlignet med gjeldende standarder, og kunne bare håndtere en liten mengde skrivesykluser sammenlignet med gjeldende standarder. Senere ble NAND-blitsen introdusert , som skiller seg fra den første for en annen metode for ladningsinjeksjon. Den ble designet for å lagre store mengder data sekvensielt, i små blokker og til en lav kostnad. Prosjektet ble født i 1989 fra et samarbeid mellom Samsung og Toshiba.

Beskrivelse

I et flashminne registreres informasjon i en flytende portvektor MOSFET , en type felteffekttransistor som er i stand til å holde elektrisk ladning i lang tid. Hver transistor utgjør en "minnecelle" som har verdien av en bit . De nye blinkene bruker flernivåceller som gjør det mulig å registrere verdien av flere biter gjennom en enkelt transistor .

I motsetning til tidligere teknologier, har Flash-teknologi gjort det mulig å lagre eller slette data i et enkelt trinn, og dermed introdusere en utrolig hastighetsøkning, og takket være ikke-flyktighet brukes den ofte i digitale kameraer , bærbare musikkspillere, i mobiltelefoner , USB-nøkler (flash-stasjoner), PDA - er, moderne bærbare datamaskiner og mange andre enheter som krever høy portabilitet og god minnekapasitet for å lagre data.

Flash-minner er av to hovedtyper: NOR flash og NAND flash , som er forskjellige i arkitektur og programmeringsprosess . Det finnes også en hybrid type, AND flash , som utnytter egenskapene til både NOR og NAND .

Den flytende porttransistoren

Hvis vi tar i betraktning NOR-minnene, de første som ble produsert, ligner hver celle en MOSFET , men med to porter i stedet for bare én. Den ene er den vanlige CG ( Control Gate ) mens den andre kalles Floating Gate (FG), som viser seg å være fullstendig isolert av et oksidlag . Den flytende porten er plassert mellom CG og underlaget. Siden FG er isolert, blir hvert elektron som når det, krysser potensialbarrieren gitt av oksidet, fanget og modifiserer terskelspenningen Vt til cellen. Under en leseoperasjon, ved å påføre en spenning på CG, flyter strømmen mer eller mindre i henhold til V t til cellen som styres av antall elektroner som er tilstede på FG. Denne tilstedeværelsen eller fraværet av strøm blir oversatt til 0 eller 1, og reproduserer verdien til den lagrede biten.
For å utvide minnekapasiteten er det utviklet flernivåceller, der ikke bare fravær eller tilstedeværelse av strøm kontrolleres: på denne måten kan flere biter lagres.

Programmering og kansellering

NOR-blinkene er programmert gjennom en prosess som kalles varmelektroninjeksjon : en spenning, høyere enn 5 V, påføres CG, som starter en strøm av elektroner som beveger seg gjennom kanalen skapt av tenningen av transistoren, passerer fra kilden til avløpet . Elektronene med høyere energi passerer gjennom oksidlaget som skiller kanalen fra FG, og blir fanget inne i sistnevnte. NAND-blink utfører derimot injeksjon av ladninger i FG gjennom tunneleffekten .
Kanselleringen, for begge typer minne, utnytter tunneleffekten: en spenningsforskjell påføres mellom CG og kilden, som fører til at elektronene trekkes ut fra FG gjennom en prosess som kalles fowler-Nordheim tunneling , motsatt av hot- elektroninjeksjon brukt i programmeringsfasen. Moderne NOR-minner grupperer cellene i segmenter kalt blokker eller sektorer slik at sletteoperasjonene foregår samtidig på alle cellene som tilhører samme segment: når en byte er programmert, kan den ikke slettes før etter sletting av hele blokken. Både lesing og skriving av FLASH-minner krever mye mer tid enn en nåværende RAM, og i alle fall er antallet skrivinger som et FLASH-minne kan støtte, ikke ubegrenset, om enn veldig høyt (vanligvis større enn 10 000 skrivesykluser).

Minnearkitekturer

Utviklingen av forskjellige ladningsinjeksjonsmekanismer, og derfor forskjellige programmerings- og slettemetoder, har ført til forskjellen mellom tre forskjellige typer flashminnearkitektur, relatert til de tre typene enheter: NOR, NAND og AND.

NOR Flash

I NOR-minnearrayer har hver celle en terminal koblet direkte til jord, og den andre til bitlinjen. Når en ordlinje er satt til en høy logisk verdi, slås den tilsvarende transistoren på eller av avhengig av den lagrede ladningen; konsekvensen er at spenningen til bitlinjen henholdsvis senkes eller holdes høy.

NOR-blink får navnet sitt fra den "delvise" logiske oppførselen til en enkel NOR-port. Faktisk kan det tenkes at for et enkelt WL / Transistor-par (sett WL i null-aktiv logikk), gjelder det at (de røde linjene er ikke inkludert):

INNGANG		PRODUKSJON
WordLine	Transistor	BitLine
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Intel var det første selskapet som produserte Flash-minner og brakte dem ut på markedet som enkeltkomponenter. Denne typen minne brukes hovedsakelig i de feltene som krever permanent lagring av data, som sjelden kan endres; for eksempel operativsystemene til digitale kameraer eller mobiltelefoner.

NOR-minner minimerer tilgangstiden for tilfeldige avlesninger og brukes når du skal kjøre kode direkte fra minnet. De ble laget for å erstatte EEPROM- er og brukes for eksempel til å inneholde fastvaren til en mikrokontroller som kjører direkte og som ikke oppdateres ofte. De ble brukt i den første Compact Flash hovedsakelig for å lagre fastvaren til digitale kameraer og PDAer. NOR-minner har gjennomgått en utvikling med introduksjonen av DINOR (Divided Bit-Line NOR) som tillater kansellering av flere sektorer samtidig, bedre ytelse og energiforbruk gjennom tunnelinjeksjon og tunnelfrigjøringsmekanismer for lesing og skriving.

NAND Flash

I NAND-minnearrayer er transistorene koblet i serie, og hvis alle ordlinjene har en høy logisk verdi, faller bitlinjespenningen. Ved lesing er alle ordlinjene unntatt én over terskelspenningen til en programmert bit, mens bare én celle er over terskelspenningen til en slettet bit: serien av transistorer leder, og senker spenningen til bitlinjen, hvis den valgte cellen er ikke programmert.

Denne typen minne har spredt seg raskt så mye at de fleste av dagens SM-SmartMedia, SD-Secure Digital, MS-MemoryStick flash-enheter er basert på den. NAND-minner er optimalisert for rask dataoppdatering. Tenk på at kanselleringssektoren for NAND-er er 8 Kb mot 64 Kb for NOR-er. Dette betyr at i et NOR-minne, selv om vi bare må oppdatere én byte, er vi tvunget til å slette en hel blokk på 64 Kb og skrive den om i sin helhet med åpenbare ytelsesproblemer. For samme kapasitet er det dessuten rimeligere å produsere en NAND enn en NOR.

Sammenlignet med NOR, øker NAND-teknologien antall skrivesykluser med ti ganger, og øker dermed hastigheten på prosessene og minnecellene til NAND-blitser er halvparten så store som NOR-minneceller: dette representerer en stor økonomisk fordel, siden reduserte dimensjoner på cellene tillater bruk av større lagringskapasitet på samme plass som en NOR, og dermed lavere kostnad for kjøper og høyere margin for produsenten. Også, ifølge Flash-produsenten M-System, sletter NAND data på mindre enn fire millisekunder, mens NOR trenger minst fem millisekunder for samme operasjon. Takket være denne bedre ytelsen brukes NAND vanligvis i CompactFlash , SmartMedia , SD, MMC, xD, PC-kort, USB - pinner og som hovedminnet til moderne bærbare datamaskiner (mai 2006 av Samsung , Samsung Q1 og Samsung Q30 ).

NAND-er kan lages med Fe ( ferroelektrisk ) eller FG ( flytende port ) teknologi [3]

OG Flash

Hitachi har introdusert en annen type minne, kalt AND flash , som ser ut til å syntetisere de beste aspektene ved NAND-er og NOR-er med høye slettehastigheter, lavt strømforbruk, lave lese- og skriveblokker.

Bruksområder for flashminner

Minnekort

Det er for tiden forskjellige minnekortstandarder:

Alle disse forskjellige enhetene har det eneste formålet å lagre informasjon i digitalt format, selv i fravær av strøm. Hver av dem har svært spesifikke egenskaper når det gjelder størrelse og funksjonalitet. Produsenter har forsøkt å lage enheter som er små i størrelse, enkle å bruke og robuste nok.

Solid State Drive

Solid state-stasjoner , opprinnelig dedikert til spesielt kritiske militære og industrielle applikasjoner, har vært et produkt på markedet i noen tid nå. I dag er denne typen minne foreslått i stedet som en erstatning for harddisken til faste og bærbare datamaskiner eller andre bærbare enheter. Ytelsene sammenlignet med en tradisjonell harddisk er overlegen: høyere hastighet i lesing og skriving av data, større pålitelighet, svært høy motstand mot mekaniske støt, svært lavt forbruk. På den annen side er kostnadene mye høyere, selv om markedsprognosene varsler en sterk spredning ettersom flash- teknologien er mer moden og produksjonskostnadene vil falle.

Solid state-stasjoner tillater ikke, som tradisjonelle magnetiske medier, et ubegrenset antall skrivinger; Men inne i lagringsenhetene er det satt inn, på maskinvarenivå, spesielle algoritmer som unngår plassering av tilgang til minnecellene, noe som forlenger enhetens levetid betraktelig.

Merknader

^ Benjamin Fulford, Unsung hero . Forbes.com , Forbes, 24. juni 2002. Hentet 18. mars 2008 .
^ Arie Tal, NAND vs. NOR flash-teknologi: Designeren bør veie alternativene ved bruk av flash-minne , på www2.electronicproducts.com , februar 2002. Hentet 31. juli 2010 (arkivert fra den opprinnelige url -en 28. juli 2010) .
^ SSD enda raskere og mer økonomisk, takket være Tokyo , på tomshw.it . Hentet 18. november 2014 (arkivert fra originalen 29. november 2014) .