Unitățile flash folosesc memorie. Memorie flash Pci ce este - capacitatea memoriei flash

Anul Nou- o sărbătoare plăcută, luminoasă, în care rezumam cu toții anul trecut, privim viitorul cu speranță și dăm cadouri. În acest sens, aș dori să mulțumesc tuturor locuitorilor Habr pentru sprijinul, ajutorul și interesul manifestat față de articolele mele (, , ,). Dacă nu l-ai fi susținut o dată pe primul, nu ar fi existat următoarele (deja 5 articole)! Mulțumesc! Și, bineînțeles, vreau să ofer un cadou sub forma unui articol științific popular despre cum poți folosi echipamentul analitic destul de dur la prima vedere într-un mod distractiv, interesant și benefic (atât personal, cât și social). Astăzi, în noaptea de Revelion, la festivitate masa de operatie sunt: unitatea flash USB de la A-Data și modulul SDRAM SO-DIMM de la Samsung.

Partea teoretică

Voi încerca să fiu cât mai succint, astfel încât să avem cu toții timp să pregătim salata Olivier cu plus pentru masa festivă, așa că o parte din material va fi sub formă de link-uri: dacă doriți, o puteți citi la dvs. timp liber...

Ce fel de amintire există?

În prezent, există multe opțiuni pentru stocarea informațiilor, unele dintre ele necesită alimentare constantă cu energie electrică (RAM), unele sunt pentru totdeauna „cusute” în cipurile de control ale echipamentelor din jurul nostru (ROM), iar unele combină calitățile de ambele și altele (Hibrid). Flash, în special, aparține acestuia din urmă. Pare a fi memorie nevolatilă, dar legile fizicii sunt greu de anulat și din când în când mai trebuie să rescrieți informații pe unități flash.

Singurul lucru care, poate, poate uni toate aceste tipuri de memorie este mai mult sau mai puțin același principiu de funcționare. Există o matrice bidimensională sau tridimensională care este umplută cu 0 și 1 aproximativ în acest fel și din care ulterior putem citi aceste valori sau le putem înlocui, de exemplu. toate acestea sunt un analog direct al predecesorului său - memorie pe inele de ferită.

Ce este memoria flash și în ce tipuri vine (NOR și NAND)?

Să începem cu memoria flash. Pe vremuri, cunoscutul ixbt a publicat destul de multe despre ce este Flash și care sunt cele 2 tipuri principale ale acestui tip de memorie. În special, există memorie flash NOR (logical not-or) și NAND (logical not-and) (totul este, de asemenea, descris în detaliu), care sunt oarecum diferite în organizarea lor (de exemplu, NOR este bidimensional, NAND pot fi tridimensionale), dar au un element comun - un tranzistor cu poartă plutitoare.

Reprezentare schematică a unui tranzistor cu poartă flotantă.

Deci, cum funcționează această minune inginerească? Acesta este descris împreună cu câteva formule fizice. Pe scurt, între poarta de control și canalul prin care trece curentul de la sursă la scurgere, plasăm aceeași poartă plutitoare, înconjurată de un strat subțire de dielectric. Ca rezultat, atunci când curentul trece printr-un astfel de tranzistor cu efect de câmp „modificat”, unii electroni de înaltă energie tunel prin dielectric și ajung în interiorul porții plutitoare. Este clar că în timp ce electronii tuneleau și rătăceau în interiorul acestei porți, ei și-au pierdut o parte din energie și practic nu se pot întoarce înapoi.

NB:"practic" - cuvânt cheie, deoarece fără a rescrie, fără a actualiza celulele cel puțin o dată la câțiva ani, Flash este „resetat la zero” la fel ca RAM, după oprirea computerului.

Din nou avem matrice bidimensională, care trebuie umplut cu 0 și 1 Deoarece acumularea de încărcare pe o poartă plutitoare durează destul de mult, în cazul RAM este utilizată o soluție diferită. Celula de memorie constă dintr-un condensator și un tranzistor convențional cu efect de câmp. Mai mult, condensatorul în sine are, pe de o parte, o primitivă dispozitiv fizic, dar, pe de altă parte, este implementat netrivial în hardware:

Design celule RAM.

Din nou, ixbt are unul bun dedicat memoriei DRAM și SDRAM. Desigur, nu este atât de proaspăt, dar punctele fundamentale sunt descrise foarte bine.

Singura întrebare care mă chinuie este: poate DRAM-ul să aibă o celulă cu mai multe niveluri, precum flash-ul? Se pare că da, dar totuși...

Partea practică

Flash

Cei care folosesc unități flash de ceva timp probabil au văzut deja o unitate „goală”, fără carcasă. Dar voi menționa în continuare pe scurt principalele părți ale unei unități flash USB:

Elementele principale ale unei unități flash USB: 1. conector USB, 2. controler, 3. placă de circuit imprimat multistrat PCB, 4. modul de memorie NAND, 5. oscilator de frecvență de referință de cuarț, 6. indicator LED (acum, totuși, aprins multe unități flash nu o au), 7. comutator de protecție la scriere (în mod similar, lipsește pe multe unități flash), 8. spațiu pentru un cip de memorie suplimentar.

Să trecem de la simplu la complex. Oscilator de cristal(mai multe despre principiul de funcționare). Spre regretul meu profund, în timpul lustruirii placa de cuarț în sine a dispărut, așa că nu putem decât să admirăm corpul.

Carcasă oscilator de cristal

Din întâmplare, între timp, am găsit cum arată fibra de armare din interiorul PCB-ului și bilele care alcătuiesc PCB-ul în cea mai mare parte. Apropo, fibrele sunt încă așezate cu răsucire, acest lucru este clar vizibil în imaginea de sus:

Fibră de armare din interiorul PCB (săgețile roșii indică fibrele perpendiculare pe tăietură), care formează cea mai mare parte a PCB

Și aici este prima parte importantă a unității flash - controlerul:

Controlor. Imaginea de sus a fost obținută prin combinarea mai multor micrografii SEM

Sincer să fiu, nu prea am înțeles ideea inginerilor care au plasat niște conductori suplimentari în cip în sine. Poate că acest lucru este mai ușor și mai ieftin de făcut din punct de vedere tehnologic.

După procesarea acestei imagini, am strigat: „Yayyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy!” și a alergat prin cameră. Așadar, vă prezentăm în atenție procesul tehnologic de 500 nm în toată splendoarea lui, cu limitele perfect trasate ale drenului, sursei, porții de control și chiar și contactele sunt păstrate în relativa integritate:

— Ide! microelectronică - tehnologie de control de 500 nm cu drenuri individuale frumos desenate (Drain), surse (Sursă) și porți de control (Gate)

Acum să trecem la desert - cipuri de memorie. Să începem cu contactele care alimentează literalmente această memorie. Pe lângă cel principal (cel mai „gros” contact din imagine), există și multe mici. Apropo, „grasă”< 2 диаметров человеческого волоса, так что всё в мире относительно:

Imagini SEM ale contactelor care alimentează cipul de memorie

Dacă vorbim despre memorie în sine, atunci succesul ne așteaptă și aici. Am putut fotografia blocuri individuale, ale căror limite sunt indicate prin săgeți. Privind imaginea din mărire maximă, încercați să vă încordați privirea, acest contrast este cu adevărat greu de deslușit, dar este acolo în imagine (pentru claritate, am marcat o celulă separată cu linii):

Celulele de memorie 1. Granițele blocurilor sunt marcate cu săgeți. Liniile indică celule individuale

La început mi s-a părut un artefact de imagine, dar după procesarea tuturor fotografiilor casei, mi-am dat seama că acestea fie sunt porți de control alungite de-a lungul axei verticale într-o celulă SLC, fie sunt mai multe celule asamblate într-un MLC. Deși am menționat MLC mai sus, aceasta este încă o întrebare. Pentru referință, „grosimea” celulei (adică distanța dintre cele două puncte luminoase din imaginea de jos) este de aproximativ 60 nm.

Pentru a nu disimula, iată fotografii similare din cealaltă jumătate a unității flash. Poza complet asemanatoare:

Celulele de memorie 2. Granițele blocurilor sunt evidențiate cu săgeți. Liniile indică celule individuale

Desigur, cipul în sine nu este doar un set de astfel de celule de memorie, există și alte structuri în interiorul său, a căror identitate nu am putut-o determina:

Alte structuri din interiorul cipurilor de memorie NAND

DRAM

Desigur, nu am tăiat toată placa SO-DIMM de la Samsung, am „deconectat” doar unul dintre modulele de memorie folosind un uscător de păr. Este de remarcat faptul că unul dintre sfaturile propuse după prima publicație a venit la îndemână aici - tăierea în unghi. Prin urmare, pentru o imersiune detaliată în ceea ce ați văzut, este necesar să țineți cont de acest fapt, mai ales că tăierea la 45 de grade a făcut posibilă și obținerea, parcă, secțiuni „tomografice” ale condensatorului.

Totuși, conform tradiției, să începem cu contactele. A fost plăcut să văd cum arată un „cip” BGA și cum este lipirea în sine:

Lipituri BGA „ciobite”.

Și acum este timpul să strigăm „Ide!” pentru a doua oară, deoarece am reușit să vedem condensatori individuali cu stare solidă - cercuri concentrice în imagine, marcate cu săgeți. Ei sunt cei care ne stochează datele în timp ce computerul funcționează sub forma unei încărcări pe plăcuțele lor. Judecând după fotografii, dimensiunile unui astfel de condensator sunt de aproximativ 300 nm în lățime și aproximativ 100 nm în grosime.

Datorită faptului că cipul este tăiat la un unghi, unii condensatori sunt tăiați frumos la mijloc, în timp ce alții au doar „laturile” tăiate:

Memoria DRAM în toată splendoarea ei

Dacă cineva se îndoiește că aceste structuri sunt condensatoare, atunci vă puteți uita la o fotografie mai „profesională” (deși fără un semn de scară).

Singurul punct care m-a derutat este că condensatoarele sunt amplasate pe 2 rânduri (foto jos din stânga), adică. Se pare că există 2 biți de informații pe celulă. După cum am menționat mai sus, sunt disponibile informații despre înregistrarea multibiți, dar în ce măsură această tehnologie este aplicabilă și utilizată în industria modernă rămâne îndoielnică pentru mine.

Desigur, pe lângă celulele de memorie în sine, există și câteva structuri auxiliare în interiorul modulului, al căror scop îl pot doar ghici:

Alte structuri din interiorul unui cip de memorie DRAM

Postfaţă

Pe lângă acele link-uri care sunt împrăștiate în text, în opinia mea, această recenzie (chiar și din 1997), site-ul în sine (și o galerie foto, și chip-art, și brevete și multe, multe altele) și acest birou , care s-a angajat de fapt în inginerie inversă.

Din păcate, nu a fost posibil să găsiți un număr mare de videoclipuri pe tema producției Flash și RAM, așa că va trebui să vă mulțumiți doar să asamblați unități flash USB:

P.S.:Încă o dată, La mulți ani al Dragonului de Apă Neagră tuturor!!!
Se dovedește ciudat: am vrut să scriu un articol despre Flash unul dintre primele, dar soarta a hotărât altfel. Încrucișăm degetele, să sperăm că următoarele cel puțin 2 articole (despre obiecte biologice și afișaje) vor fi publicate la începutul lui 2012. Între timp, sămânța este bandă de carbon:

Bandă de carbon pe care au fost atașate mostrele studiate. Cred că banda obișnuită arată similar.

Oamenilor moderni le place să fie mobili și să aibă cu ei diverse gadget-uri de înaltă tehnologie (gadget englezesc - dispozitiv), ușurând viața, dar ce este acolo de ascuns, făcându-l mai bogat și mai interesant. Și au apărut în doar 10-15 ani! Miniaturale, ușoare, convenabile, digitale... Gadget-urile au realizat toate acestea datorită noilor tehnologii de microprocesoare, dar o contribuție mai mare a fost adusă de o tehnologie remarcabilă de stocare a datelor, despre care vom vorbi astăzi. Deci, memorie flash.

Există o părere că numele FLASH în raport cu tipul de memorie este tradus ca „flash”. De fapt, acest lucru nu este adevărat. O versiune a apariției sale spune că, pentru prima dată în 1989-90, Toshiba a folosit cuvântul Flash în contextul „rapid, instantaneu” atunci când și-a descris noile cipuri. În general, Intel este considerat inventatorul, introducând memoria flash cu arhitectură NOR în 1988. Un an mai târziu, Toshiba a dezvoltat arhitectura NAND, care este folosită și astăzi împreună cu același NOR în cipurile flash. De fapt, acum putem spune că acestea sunt două tipuri diferite de memorie care au o tehnologie de producție oarecum similară. În acest articol vom încerca să înțelegem designul, principiul de funcționare și, de asemenea, să luăm în considerare diverse opțiuni practice de utilizare.

NICI

Cu ajutorul acestuia, tensiunile de intrare sunt convertite în tensiuni de ieșire corespunzătoare „0” și „1”. Ele sunt necesare deoarece diferite tensiuni sunt folosite pentru a citi/scrie date într-o celulă de memorie. Diagrama celulelor este prezentată în figura de mai jos.

Este tipic pentru majoritatea cipurilor flash și este un tranzistor cu două porți izolate: de control și flotant. O caracteristică importantă a acestuia din urmă este capacitatea de a deține electroni, adică de încărcare. De asemenea, în celulă există așa-numitele „scurgere” și „sursă”. La programarea între ele, datorită influenței unui câmp pozitiv asupra porții de control, se creează un canal - un flux de electroni. Unii dintre electroni, datorită prezenței unei energii mai mari, depășesc stratul izolator și cad pe poarta plutitoare. Ele pot fi depozitate pe el timp de câțiva ani. Un anumit interval al numărului de electroni (sarcină) pe o poartă plutitoare corespunde uneia logice, iar orice mai mare decât aceasta corespunde unui zero. La citire, aceste stări sunt recunoscute prin măsurarea tensiunii de prag a tranzistorului. Pentru a șterge informațiile, o tensiune negativă mare este aplicată la poarta de control, iar electronii de la poarta plutitoare se deplasează (tunel) către sursă. În tehnologiile de la diferiți producători, acest principiu de funcționare poate diferi în ceea ce privește modul în care este furnizat curentul și datele sunt citite din celulă. De asemenea, aș dori să vă atrag atenția asupra faptului că în structura memoriei flash se folosește un singur element (tranzistor) pentru a stoca 1 bit de informație, în timp ce în tipurile de memorie volatile acest lucru necesită mai mulți tranzistori și un condensator. Acest lucru face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii microcircuitelor produse, simplificarea procesului tehnologic și, în consecință, reducerea costurilor. Dar un bit este departe de limită: Intel lansează deja memorie StrataFlash, fiecare celulă din care poate stoca 2 biți de informații. În plus, există mostre de probă cu celule de 4 și chiar 9 biți! Această memorie folosește tehnologia celulară cu mai multe niveluri. Au o structură normală, dar diferența este că sarcina lor este împărțită în mai multe niveluri, fiecăruia fiindu-i atribuită o anumită combinație de biți. Teoretic, este posibil să se citească/scrie mai mult de 4 biți, totuși, în practică, apar probleme cu eliminarea zgomotului și cu scurgerea treptată a electronilor în timpul stocării pe termen lung. În general, cipurile de memorie existente astăzi pentru celule se caracterizează printr-un timp de stocare a informațiilor măsurat în ani și un număr de cicluri de citire/scriere variind de la 100 de mii la câteva milioane. Printre dezavantaje, în special, memoria flash cu arhitectură NOR merită remarcată scalabilitatea slabă: este imposibil să se reducă aria cipurilor prin reducerea dimensiunii tranzistorilor. Această situație este legată de modul în care este organizată matricea celulelor: în arhitectura NOR trebuie făcut un contact individual fiecărui tranzistor. Memoria flash cu arhitectură NAND merge mult mai bine în acest sens.

NAND

Designul și principiul de funcționare al celulelor sale este același cu cel al NOR. Deși, pe lângă logică, există încă o altă diferență importantă - arhitectura plasării celulelor și a contactelor acestora. Spre deosebire de cazul descris mai sus, aici există o matrice de contact, în intersecțiile rândurilor și coloanelor cărora se află tranzistoarele. Aceasta este comparabilă cu o matrice pasivă în afișaje :) (și NOR este comparabilă cu un TFT activ). În cazul memoriei, această organizare este oarecum mai bună - zona microcircuitului poate fi redusă semnificativ datorită dimensiunii celulelor. Dezavantajele (desigur) sunt viteza mai mică de operare în operațiunile de acces aleatoriu octet cu octet în comparație cu NOR.

Există, de asemenea, arhitecturi precum: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi), etc. Ele nu reprezintă nimic fundamental nou, ci doar combină cele mai bune proprietăți ale NAND și NOR.

Și totuși, oricum ar fi, NOR și NAND astăzi sunt produse în condiții egale și practic nu concurează între ele, deoarece datorită calităților lor sunt folosite în zone diferite stocare a datelor. Acest lucru va fi discutat mai departe...

Unde este nevoie de memorie...

Domeniul de aplicare al oricărui tip de memorie flash depinde în primul rând de caracteristicile sale de viteză și de fiabilitatea stocării informațiilor. Spațiul de adrese al memoriei NOR vă permite să lucrați cu octeți sau cuvinte individuali (2 octeți). În NAND, celulele sunt grupate în blocuri mici (similar cu un cluster de hard disk). De aici rezultă că atunci când citiți și scrieți secvențial, NAND va avea un avantaj de viteză. Cu toate acestea, pe de altă parte, NAND este semnificativ inferior în operațiunile de acces aleatoriu și nu permite lucrul direct cu octeți de informații. De exemplu, pentru a schimba un octet aveți nevoie de:

citește în buffer blocul de informații în care se află
modifica octetul necesar din buffer
scrieți blocul cu octetul modificat înapoi

Dacă adăugăm întârzieri de preluare a blocurilor și acces la timpul de execuție al operațiunilor de mai sus, vom obține indicatori care nu sunt deloc competitivi cu NOR (rețineți că acest lucru este specific pentru cazul înregistrării octet cu octet). Scrierea/citirea secvențială este o altă problemă - aici NAND, dimpotrivă, arată caracteristici de viteză semnificativ mai mari. Prin urmare, și tot din cauza posibilității de a crește capacitatea de memorie fără a crește dimensiunea cipului, flash-ul NAND și-a găsit folosință ca stocare a unor cantități mari de informații și pentru transferul acesteia. Cele mai comune dispozitive bazate acum pe acest tip de memorie sunt unitățile flash și cardurile de memorie. În ceea ce privește flash-ul NOR, cipurile cu o astfel de organizație sunt folosite ca stocare a codului de program (BIOS, RAM de computere de buzunar, telefoane mobile etc.), uneori implementate sub formă de soluții integrate (RAM, ROM și procesor pe un singur mini-). placă sau chiar într-un singur cip). Un bun exemplu al acestei utilizări este proiectul Gumstix: un computer cu o singură placă de mărimea unui bețișor de gumă. Cipurile NOR sunt cele care oferă nivelul de fiabilitate al stocării informațiilor necesar pentru astfel de cazuri și opțiuni mai flexibile pentru lucrul cu acestea. Volumul blițului NOR este de obicei măsurat în unități de megaocteți și rareori depășește zeci.

Și va fi un fulger...

Desigur, flash-ul este o tehnologie promițătoare. Cu toate acestea, în ciuda ratelor mari de creștere a producției, dispozitivele de stocare bazate pe acesta sunt încă suficient de scumpe pentru a concura cu hard disk-urile desktop sau laptop. Practic, acum sfera de dominație a memoriei flash este limitată la dispozitivele mobile. După cum înțelegeți, acest segment tehnologia Informatiei nu atât de mic. În plus, conform producătorilor, extinderea flash nu se va opri aici. Deci, care sunt principalele tendințe de dezvoltare care au loc în acest domeniu?

În primul rând, așa cum am menționat mai sus, există un accent puternic pe soluțiile integrate. Mai mult, proiecte precum Gumstix sunt doar etape intermediare pe calea implementării tuturor funcțiilor într-un singur cip.

Până acum, așa-numitele sisteme on-chip (single-chip) sunt combinații de memorie flash cu un controler, procesor, SDRAM sau software special într-un singur cip. De exemplu, Intel StrataFlash în combinație cu software-ul Persistent Storage Manager (PSM) face posibilă utilizarea simultană a capacității de memorie atât pentru stocarea datelor, cât și pentru executarea codului de program. PSM este în esență un sistem de fișiere acceptat de Windows CE 2.1 și o versiune ulterioară. Toate acestea au ca scop reducerea numărului de componente și reducerea dimensiunii dispozitivelor mobile, sporind în același timp funcționalitatea și performanța acestora. Nu mai puțin interesantă și relevantă este dezvoltarea companiei Renesas - memoria flash superAND cu funcții de management încorporate. Până în acest moment, acestea au fost implementate separat în controler, dar acum sunt integrate direct în cip. Acestea sunt funcții de monitorizare a sectoarelor defectuoase, corectarea erorilor (ECC - verificarea și corectarea erorilor) și nivelarea uzurii. Deoarece sunt prezente într-o variantă sau alta în majoritatea celorlalte firmware-uri de marcă ale controlerelor externe, să aruncăm o scurtă privire la ele. Să începem cu sectoarele proaste. Da, se găsesc și în memoria flash: cipurile ies deja de pe linia de asamblare cu o medie de până la 2% din celulele nefuncționale - aceasta este o normă tehnologică comună. Dar în timp, numărul lor poate crește ( mediu inconjurator Nu există niciun motiv special de vina pentru acest lucru - influența electromagnetică, fizică (tremurătoare etc.) a cipului flash nu este teribilă). Prin urmare, ca în hard disk-uri, memoria flash are capacitate de rezervă. Dacă apare un sector defect, funcția de monitorizare își înlocuiește adresa din tabelul de alocare a fișierelor cu adresa sectorului din zona de rezervă.

De fapt, algoritmul ECC este responsabil pentru identificarea problemelor proaste - compară informațiile înregistrate cu informațiile înregistrate efectiv. De asemenea, din cauza resursei limitate a celulelor (de ordinul a câteva milioane de cicluri de citire/scriere pentru fiecare), este important să existe o funcție de contabilizare a uzurii uniforme. Permiteți-mi să vă dau un caz rar, dar obișnuit: o cheie cu 32 MB, din care 30 MB sunt ocupați, iar ceva se scrie și se șterge constant în spațiul liber. Se dovedește că unele celule sunt inactive, în timp ce altele își epuizează intens resursele. Pentru a preveni acest lucru, în dispozitivele de marcă spațiul liber este împărțit în mod convențional în secțiuni, pentru fiecare dintre acestea, numărul de operațiuni de scriere este monitorizat și înregistrat.

Configurațiile all-in-one și mai complexe sunt acum reprezentate pe scară largă de astfel de companii precum, de exemplu, Intel, Samsung, Hitachi etc. Produsele lor sunt dispozitive multifuncționale implementate într-un singur cip (în mod standard conține un procesor, memorie flash și SDRAM). ). Acestea sunt concentrate pe utilizarea în dispozitivele mobile, acolo unde este important performanta ridicata cu dimensiuni minime și consum redus de energie. Acestea includ: PDA, smartphone-uri, telefoane pentru rețele 3G. Permiteți-mi să dau un exemplu de astfel de evoluții - un cip de la Samsung care combină un procesor ARM (203 MHz), 256 MB de memorie NAND și 256 SDRAM. Este compatibil cu sistemele de operare comune: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux și are suport USB. Astfel, pe baza acestuia, este posibil să se creeze dispozitive mobile multifuncționale cu consum redus de energie, capabile să lucreze cu aplicații video, sunet, voce și alte aplicații care consumă mult resurse.

O altă direcție de îmbunătățire a blițului este reducerea consumului de energie și a dimensiunii, mărind simultan dimensiunea și viteza memoriei. Acest lucru se aplică într-o măsură mai mare microcircuitelor cu arhitectură NOR, deoarece odată cu dezvoltarea calculatoare mobile, sprijinind munca în rețele fără fir, flash NOR, datorită dimensiunilor reduse și consumului redus de energie, va deveni o soluție universală pentru stocarea și executarea codului programului. Cipurile NOR de 512 Mbit de la aceeași Renesas vor fi introduse în curând în producție de masă. Tensiunea lor de alimentare va fi de 3,3 V (să vă reamintesc, pot stoca informații fără a furniza curent), iar viteza operațiunilor de scriere va fi de 4 MB/sec. La acelasi Ora Intelîși prezintă deja dezvoltarea StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) - un sistem de memorie flash universal pentru tehnologii fără fir. Capacitatea sa de memorie poate ajunge la 1 Gbit, iar tensiunea de operare este de 1,8 V. Tehnologia de fabricare a cipurilor este de 0,13 nm, cu planuri de trecere la o tehnologie de proces de 0,09 nm. Printre inovațiile acestei companii, este de remarcat și organizarea unui mod de operare batch cu memorie NOR. Vă permite să citiți informații nu câte un octet, ci în blocuri de 16 octeți: folosind o magistrală de date de 66 MHz, viteza de schimb de informații cu procesorul ajunge la 92 Mbit/s!

Ei bine, după cum puteți vedea, tehnologia se dezvoltă rapid. Este foarte posibil ca până la publicarea acestui articol să apară ceva nou. Deci, dacă se întâmplă ceva, nu mă învinovăți :) Sper că materialul a fost interesant pentru tine.

Fizică,

Electronice pentru începători

Prefaţă

Anul Nou este o sărbătoare plăcută, luminoasă, în care rezumam cu toții anul trecut, privim viitorul cu speranță și dăm cadouri. În acest sens, aș dori să mulțumesc tuturor locuitorilor Habr pentru sprijinul, ajutorul și interesul manifestat în articolele mele (, , ,). Dacă nu l-ai fi susținut o dată pe primul, nu ar fi existat următoarele (deja 5 articole)! Mulțumesc! Și, bineînțeles, vreau să ofer un cadou sub forma unui articol științific popular despre cum poți folosi echipamentul analitic destul de dur la prima vedere într-un mod distractiv, interesant și benefic (atât personal, cât și social). Astăzi, de Revelion, pe masa de operație festivă se află: o unitate USB-Flash de la A-Data și un modul SO-DIMM SDRAM de la Samsung.

Partea teoretică

Ce fel de amintire există?

Ce este memoria flash și în ce tipuri vine (NOR și NAND)?

Reprezentare schematică a unui tranzistor cu poartă flotantă.

NB:„practic” este cuvântul cheie, pentru că fără a rescrie, fără a actualiza celulele cel puțin o dată la câțiva ani, Flash este „resetat la zero” la fel ca RAM, după oprirea computerului.

Din nou, avem o matrice bidimensională care trebuie umplută cu 0 și 1 Deoarece acumularea de încărcare pe poarta flotantă durează destul de mult, se folosește o soluție diferită în cazul RAM. Celula de memorie este formată dintr-un condensator și un tranzistor convențional cu efect de câmp. Mai mult, condensatorul în sine are, pe de o parte, un dispozitiv fizic primitiv, dar, pe de altă parte, este implementat netrivial în hardware:

Design celule RAM.

Din nou, ixbt are unul bun dedicat memoriei DRAM și SDRAM. Desigur, nu este atât de proaspăt, dar punctele fundamentale sunt descrise foarte bine.

Singura întrebare care mă chinuie este: poate DRAM-ul să aibă o celulă cu mai multe niveluri, precum flash-ul? Se pare că da, dar totuși...

Partea practică

Flash

Să trecem de la simplu la complex. Oscilator de cristal (mai multe despre principiul de funcționare). Spre regretul meu profund, în timpul lustruirii placa de cuarț în sine a dispărut, așa că nu putem decât să admirăm corpul.

Carcasă oscilator de cristal

Fibră de armare din interiorul PCB (săgețile roșii indică fibrele perpendiculare pe tăietură), care formează cea mai mare parte a PCB

Și aici este prima parte importantă a unității flash - controlerul:

Controlor. Imaginea de sus a fost obținută prin combinarea mai multor micrografii SEM

— Ide! microelectronică - tehnologie de control de 500 nm cu drenuri individuale frumos desenate (Drain), surse (Sursă) și porți de control (Gate)

Imagini SEM ale contactelor care alimentează cipul de memorie

Dacă vorbim despre memorie în sine, atunci succesul ne așteaptă și aici. Am putut fotografia blocuri individuale, ale căror limite sunt indicate prin săgeți. Privind imaginea cu mărire maximă, încercați să vă încordați privirea, acest contrast este cu adevărat greu de deslușit, dar este acolo în imagine (pentru claritate, am marcat o celulă separată cu linii):

Celulele de memorie 1. Granițele blocurilor sunt marcate cu săgeți. Liniile indică celule individuale

Pentru a nu disimula, iată fotografii similare din cealaltă jumătate a unității flash. Poza complet asemanatoare:

Celulele de memorie 2. Granițele blocurilor sunt evidențiate cu săgeți. Liniile indică celule individuale

Desigur, cipul în sine nu este doar un set de astfel de celule de memorie, există și alte structuri în interiorul său, a căror identitate nu am putut-o determina:

Alte structuri din interiorul cipurilor de memorie NAND

DRAM

Totuși, conform tradiției, să începem cu contactele. A fost plăcut să văd cum arată un „cip” BGA și cum este lipirea în sine:

Lipituri BGA „ciobite”.

Datorită faptului că cipul este tăiat la un unghi, unii condensatori sunt tăiați frumos la mijloc, în timp ce alții au doar „laturile” tăiate:

Memoria DRAM în toată splendoarea ei

Dacă cineva se îndoiește că aceste structuri sunt condensatoare, atunci vă puteți uita la o fotografie mai „profesională” (deși fără un semn de scară).

Desigur, pe lângă celulele de memorie în sine, există și câteva structuri auxiliare în interiorul modulului, al căror scop îl pot doar ghici:

Alte structuri din interiorul unui cip de memorie DRAM

Postfaţă

Din păcate, nu a fost posibil să găsiți un număr mare de videoclipuri pe tema producției Flash și RAM, așa că va trebui să vă mulțumiți doar să asamblați unități flash USB:

Bandă de carbon pe care au fost atașate mostrele studiate. Cred că banda obișnuită arată similar.

Memoria flash este un tip de memorie de lungă durată pentru computere în care conținutul poate fi reprogramat sau șters electric. În comparație cu memoria de numai citire programabilă ștergabilă electric, operațiunile pe aceasta pot fi efectuate în blocuri care sunt situate în locuri diferite. Memoria flash costă mult mai puțin decât EEPROM, motiv pentru care a devenit tehnologia dominantă. În special în situațiile în care este necesară stocarea stabilă și pe termen lung a datelor. Utilizarea acestuia este permisă într-o mare varietate de cazuri: în playere audio digitale, camere foto și video, telefoane mobileși smartphone-uri unde există aplicații speciale Android pentru cardul de memorie. În plus, este folosit și în unitățile flash USB, folosite în mod tradițional pentru a salva informații și a le transfera între computere. A câștigat o oarecare faimă în lumea jucătorilor, unde este adesea folosit pentru a stoca datele despre progresul jocului.

descriere generala

Memoria flash este un tip care este capabil să stocheze informații pe placa sa pentru o lungă perioadă de timp, fără a utiliza energie. În plus, se poate observa cea mai mare viteză acces la date, precum și o rezistență mai bună la șocul cinetic în comparație cu hard disk-urile. Datorită acestor caracteristici, a devenit atât de popular pentru dispozitivele alimentate cu baterii și baterii reîncărcabile. Un alt avantaj incontestabil este că, atunci când memoria flash este comprimată într-un card solid, este aproape imposibil să o distrugi prin orice mijloace fizice standard, astfel încât să reziste la fierbere la apă și la presiune mare.

Acces la date la nivel scăzut

Modul în care sunt accesate datele în memoria flash este foarte diferit de cel folosit pentru specii comune. Accesul la nivel scăzut este asigurat prin intermediul șoferului. RAM convențională răspunde imediat la apelurile de citire și scriere a informațiilor, returnând rezultatele unor astfel de operațiuni, dar designul memoriei flash este de așa natură încât este nevoie de timp pentru a te gândi la asta.

Proiectare și principiu de funcționare

În prezent, memoria flash este larg răspândită, care este creată pe elemente cu un singur tranzistor cu o poartă „plutitoare”. Datorită acestui fapt, este posibil să se ofere o densitate mai mare de stocare a datelor în comparație cu RAM dinamică, care necesită o pereche de tranzistoare și un element condensator. În prezent, piața este plină cu diverse tehnologii pentru construirea elementelor de bază pentru acest tip de suport, care sunt dezvoltate de producători de top. Ele se disting prin numărul de straturi, metodele de înregistrare și ștergere a informațiilor, precum și prin organizarea structurii, care este de obicei indicată în nume.

În prezent, există câteva tipuri de cipuri care sunt cele mai comune: NOR și NAND. În ambele, tranzistoarele de stocare sunt conectate la magistralele de biți - în paralel și, respectiv, în serie. Primul tip are celule de dimensiuni destul de mari și permite acces rapid aleatoriu, permițând executarea programelor direct din memorie. Al doilea se caracterizează prin celule de dimensiuni mai mici, precum și rapid acces secvenţial, ceea ce este mult mai convenabil atunci când este necesar să se construiască dispozitive de tip bloc în care vor fi stocate cantități mari de informații.

Cele mai multe dispozitive portabile unitate SSD folosește tipul de memorie NOR. Cu toate acestea, dispozitivele cu interfață USB devin din ce în ce mai populare. Ei folosesc memorie NAND. Treptat îl înlocuiește pe primul.

Problema principală este fragilitatea

Primele mostre de unități flash produse în serie nu au mulțumit utilizatorilor cu viteze mari. Cu toate acestea, acum viteza de scriere și citire a informațiilor este la un asemenea nivel încât puteți viziona un film de lungă durată sau îl puteți rula pe un computer sistem de operare. O serie de producători au demonstrat deja mașini în care hard disk-ul este înlocuit cu memorie flash. Dar această tehnologie are un dezavantaj foarte semnificativ, care devine un obstacol în calea înlocuirii discurilor magnetice existente cu acest mediu. Datorită naturii dispozitivului de memorie flash, acesta vă permite să ștergeți și să scrieți informații număr limitat cicluri, care este realizabil chiar și pentru dispozitive mici și portabile, ca să nu mai vorbim de cât de des se face pe computere. Dacă utilizați acest tip de suport ca o unitate SSD pe un PC, atunci o situație critică va veni foarte repede.

Acest lucru se datorează faptului că o astfel de unitate este construită pe proprietatea tranzistorilor cu efect de câmp de a stoca într-o poartă „plutitoare” a cărei absență sau prezență în tranzistor este considerată una logică sau zero în scriere binară ștergerea datelor din memoria NAND se realizează folosind electroni tunelați folosind metoda Fowler-Nordheim cu participarea unui dielectric. Acest lucru nu necesită ceea ce vă permite să faceți celule de dimensiuni minime. Dar acest proces este cel care duce la celule, deoarece curentul electric în acest caz forțează electronii să pătrundă în poartă, depășind bariera dielectrică. Cu toate acestea, durata de valabilitate garantată a unei astfel de memorii este de zece ani. Uzura microcircuitului se produce nu din cauza citirii informațiilor, ci din cauza operațiunilor de ștergere și scriere a acestora, deoarece citirea nu necesită modificarea structurii celulelor, ci doar trece un curent electric.

Desigur, producătorii de memorie lucrează activ pentru creșterea duratei de viață a unităților SSD de acest tip: se străduiesc să asigure uniformitatea proceselor de scriere/ștergere în celulele matricei, astfel încât unele să nu se uzeze mai mult decât altele. Pentru a distribui în mod uniform încărcarea, sunt utilizate în mod predominant căile software. De exemplu, pentru a elimina acest fenomen, se folosește tehnologia de „nivelare a uzurii”. În acest caz, datele care sunt adesea supuse modificărilor sunt mutate în spațiul de adrese al memoriei flash, astfel încât înregistrarea se efectuează la diferite adrese fizice. Fiecare controler este echipat cu propriul algoritm de aliniere, deci este foarte dificil să se compare eficiența diferitelor modele, deoarece detaliile de implementare nu sunt dezvăluite. Deoarece volumul unităților flash devine mai mare în fiecare an, este necesar să folosiți din ce în ce mai mult algoritmi eficienti lucrează pentru a asigura funcționarea stabilă a dispozitivelor.

Depanare

Una dintre modalitățile foarte eficiente de a combate acest fenomen a fost rezervarea unei anumite cantități de memorie, care asigură uniformitatea încărcării și corectarea erorilor prin algoritmi speciali de redirecționare logică pentru înlocuirea blocurilor fizice care apar în timpul lucrului intens cu o unitate flash. Iar pentru a preveni pierderea de informații, celulele care se defectează sunt blocate sau înlocuite cu altele de rezervă. Această distribuție software a blocurilor face posibilă asigurarea uniformității sarcinii, mărind numărul de cicluri de 3-5 ori, dar acest lucru nu este suficient.

Și alte tipuri de unități similare sunt caracterizate prin faptul că un tabel cu un sistem de fișiere este introdus în zona lor de servicii. Previne eșecurile în citirea informațiilor la nivel logic, de exemplu, în cazul unei opriri incorecte sau a unei întreruperi bruște a furnizării de energie electrică. Și, deoarece sistemul nu oferă cache atunci când se utilizează dispozitive amovibile, rescrierea frecventă are cel mai dăunător efect asupra tabelului de alocare a fișierelor și a cuprinsului directorului. Și nici programele speciale pentru carduri de memorie nu pot ajuta în această situație. De exemplu, în timpul unei solicitări unice, utilizatorul a suprascris o mie de fișiere. Și, se pare, am folosit doar o singură dată blocurile în care erau amplasate pentru înregistrare. Dar zonele de servicii au fost rescrise cu fiecare actualizare a oricărui fișier, adică tabelele de alocare au trecut prin această procedură de o mie de ori. Din acest motiv, blocurile ocupate de aceste date vor eșua mai întâi. Tehnologia de nivelare a uzurii funcționează și cu astfel de blocuri, dar eficiența sa este foarte limitată. Și nu contează ce fel de computer utilizați, unitatea flash va eșua exact când a intenționat-o creatorul.

Este de remarcat faptul că creșterea capacității microcircuitelor dispozitive similare a dus doar la o reducere a numărului total de cicluri de scriere pe măsură ce celulele devin din ce în ce mai mici, necesitând mai puțină tensiune pentru a disipa partițiile de oxid care izolează poarta plutitoare. Și aici situația este astfel încât odată cu creșterea capacității dispozitivelor utilizate, problema fiabilității lor a început să se înrăutățească din ce în ce mai mult, iar clasa cardului de memorie depinde acum de mulți factori. Fiabilitatea unei astfel de soluții este determinată de caracteristicile sale tehnice, precum și de situația actuală a pieței. Din cauza concurenței acerbe, producătorii sunt nevoiți să reducă costurile de producție prin orice mijloace. Inclusiv datorită designului simplificat, utilizarea componentelor dintr-un set mai ieftin, slăbirea controlului asupra producției și a altor metode. De exemplu, un card de memorie Samsung va costa mai mult decât analogii mai puțin cunoscuți, dar fiabilitatea sa ridică mult mai puține întrebări. Dar chiar și aici este greu de vorbit absență completă probleme și este greu de așteptat la ceva mai mult de la dispozitive de la producători complet necunoscuți.

Perspective de dezvoltare

Deși există avantaje evidente, există o serie de dezavantaje care caracterizează cardul de memorie SD care împiedică extindere în continuare domeniile sale de aplicare. De aceea există o căutare constantă de soluții alternative în acest domeniu. Desigur, în primul rând încearcă să îmbunătățească tipurile existente memorie flash, care nu va duce la nicio modificare fundamentală în procesul de producție existent. Prin urmare, nu există nicio îndoială cu privire la un singur lucru: companiile implicate în fabricarea acestor tipuri de unități vor încerca să își folosească întregul potențial înainte de a trece la un alt tip, continuând să îmbunătățească tehnologia tradițională. De exemplu, cardul de memorie Sony este disponibil în prezent într-o gamă largă de volume, așa că se presupune că va continua să fie epuizat în mod activ.

Cu toate acestea, astăzi, în pragul implementării industriale, există o întreagă gamă de tehnologii de stocare alternativă a datelor, dintre care unele pot fi implementate imediat la apariția unei situații favorabile de piață.

RAM ferroelectric (FRAM)

Tehnologia Ferroelectric RAM (FRAM) este propusă pentru a crește capacitatea memorie non volatila. Este general acceptat că mecanismul de funcționare al tehnologiilor existente, care constă în rescrierea datelor în timpul procesului de citire cu toate modificările componentelor de bază, duce la o anumită reținere a potențialului de viteză al dispozitivelor. Și FRAM este o memorie caracterizată prin simplitate, fiabilitate ridicată și viteză de funcționare. Aceste proprietăți sunt acum caracteristice DRAM - memorie non-volatilă cu acces aleatoriu care există în prezent. Dar aici vom adăuga și posibilitatea de stocare a datelor pe termen lung, care se caracterizează prin Printre avantaje tehnologie similară rezistenta la tipuri diferite radiații penetrante, care pot fi solicitate în dispozitive speciale, care sunt folosite pentru a lucra în condiții de radioactivitate crescută sau în explorarea spațiului. Mecanismul de stocare a informațiilor aici este implementat prin utilizarea efectului feroelectric. Aceasta implică faptul că materialul este capabil să mențină polarizarea în absența unui câmp electric extern. Fiecare celulă de memorie FRAM este formată prin intercalarea unei pelicule ultra-subțiri de material feroelectric sub formă de cristale între o pereche de electrozi metalici plati, formând un condensator. Datele în acest caz sunt stocate în interiorul structurii cristaline. Și acest lucru previne efectul scurgerii de încărcare, care provoacă pierderea de informații. Datele din memoria FRAM sunt păstrate chiar și atunci când sursa de alimentare este oprită.

RAM magnetică (MRAM)

Un alt tip de memorie care este considerat astăzi foarte promițător este MRAM. Se caracterizează prin performanță la viteză destul de mare și independență energetică. V în acest caz, servește ca o peliculă magnetică subțire plasată pe un substrat de siliciu. MRAM este memorie statică. Nu are nevoie de rescriere periodică, iar informațiile nu se vor pierde atunci când alimentarea este oprită. În acest moment, majoritatea experților sunt de acord că acest tip de memorie poate fi numit o tehnologie de ultimă generație, deoarece prototipul existent demonstrează performanțe la viteză destul de mare. Un alt avantaj al acestei soluții este cost scăzut chipsuri. Memoria flash este fabricată folosind un proces CMOS specializat. Și cipurile MRAM pot fi produse folosind un proces de fabricație standard. Mai mult, materialele pot fi cele utilizate în medii magnetice convenționale. Este mult mai ieftin să produci cantități mari de astfel de microcircuite decât toate celelalte. Proprietate importantă Memoria MRAM este instantanee. Și acest lucru este deosebit de valoros pentru dispozitivele mobile. Într-adevăr, la acest tip, valoarea celulei este determinată de sarcina magnetică, și nu de sarcina electrică, ca în memoria flash tradițională.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Un alt tip de memorie la care lucrează în mod activ multe companii este o unitate solid-state bazată pe semiconductori amorfi. Se bazează pe tehnologia de schimbare de fază, care este similară cu principiul înregistrării pe discuri convenționale. Aici starea de fază a unei substanțe într-un câmp electric se schimbă de la cristalin la amorf. Și această schimbare persistă chiar și în absența tensiunii. Astfel de dispozitive diferă de discurile optice tradiționale prin faptul că încălzirea are loc datorită acțiunii curent electric, nu un laser. Citirea în acest caz se realizează datorită diferenței de reflectivitate a substanței în diferite stări, care este percepută de senzorul unității de disc. Teoretic, o astfel de soluție are o densitate mare de stocare a datelor și o fiabilitate maximă, precum și performanță crescută. Numărul maxim de cicluri de rescriere este mare, pentru care se folosește un computer, în acest caz, rămâne în urmă cu câteva ordine de mărime.

RAM cu calcogenă (CRAM) și memorie cu schimbare de fază (PRAM)

Această tehnologie se bazează și pe tranziții de fază, când într-o fază substanța folosită în purtător acționează ca un material amorf neconductor, iar în a doua servește ca conductor cristalin. Trecerea unei celule de memorie de la o stare la alta se realizează datorită câmpurilor electrice și încălzirii. Astfel de cipuri se caracterizează prin rezistență la radiațiile ionizante.

Informații-Card imprimat cu mai multe straturi (Info-MICA)

Funcționarea dispozitivelor construite pe baza acestei tehnologii se realizează conform principiului holografiei cu peliculă subțire. Informațiile sunt înregistrate după cum urmează: în primul rând, se formează o imagine bidimensională și se transferă într-o hologramă folosind tehnologia CGH. Datele sunt citite prin fixarea fasciculului laser pe marginea unuia dintre straturile înregistrate, care servesc drept ghiduri de undă optice. Lumina se propagă de-a lungul unei axe care este paralelă cu planul stratului, formând o imagine de ieșire corespunzătoare informațiilor înregistrate anterior. Datele inițiale pot fi obținute în orice moment datorită algoritmului de codificare inversă.

Acest tip de memorie se compară favorabil cu memoria semiconductoare datorită faptului că oferă o densitate mare de înregistrare, un consum redus de energie, precum și un cost scăzut al suportului de stocare, siguranță a mediului și protecție împotriva utilizării neautorizate. Dar un astfel de card de memorie nu permite rescrierea informațiilor, așa că poate servi doar ca stocare pe termen lung, un înlocuitor pentru suportul de hârtie sau o alternativă la discurile optice pentru distribuirea conținutului multimedia.

Memoria flash este un tip de memorie reinscriptibilă nevolatilă cu semiconductor în stare solidă.

Poate fi citit de câte ori se dorește, dar poate fi scris pe o astfel de memorie doar de un număr limitat de ori (maximum - aproximativ un milion de cicluri). Memoria flash este obișnuită și poate rezista la aproximativ 100 de mii de cicluri de rescriere - mult mai mult decât poate rezista o dischetă sau un CD-RW.

Nu conține piese în mișcare, deci spre deosebire hard disk-uri, mai fiabil și mai compact.

Datorită compactității, costului redus și consumului redus de energie, memoria flash este utilizată pe scară largă în dispozitive portabile, care funcționează pe baterii și acumulatori - camere digitale și camere video, înregistratoare digitale de voce, playere MP3, PDA-uri, telefoane mobile, precum și smartphone-uri și comunicatoare. În plus, este folosit pentru a stoca încorporat softwareîn diverse dispozitive (routere, mini-PBX, imprimante, scanere), diverse controlere.

Recent, s-a răspândit și el blitz USB brelocuri (unitate flash, unitate USB, disc USB), care au înlocuit practic dischetele și CD-urile.

La sfârșitul anului 2008, principalul dezavantaj care împiedica dispozitivele bazate pe memorie flash să fie forțate să iasă de pe piață hard disk-uri, este un raport preț/volum ridicat, depășind acest parametru pentru hard disk-uri de 2-3 ori. În acest sens, volumele de unități flash nu sunt atât de mari. Deși se lucrează în aceste direcții. Procesul tehnologic devine mai ieftin și concurența se intensifică. Multe companii au anunțat deja lansarea de unități SSD cu o capacitate de 256 GB sau mai mult.

Un alt dezavantaj al dispozitivelor bazate pe memorie flash în comparație cu hard disk-urile este, în mod ciudat, viteza mai mică. În ciuda faptului că producătorii de unități SSD asigură că viteza acestor dispozitive este mai mare decât viteza hard disk-urilor, în realitate se dovedește a fi semnificativ mai mică. Desigur, o unitate SSD nu petrece timp ca un hard disk pe overclockare, poziționare capete etc. Dar timpul necesar pentru a citi, și cu atât mai mult pentru a scrie, celulele de memorie flash utilizate în SSD-uri moderne conduce, mai mult. Ceea ce duce la o scădere semnificativă a performanței generale. Pentru a fi corect, trebuie remarcat faptul că ultimele modele Unitățile SSD sunt deja foarte aproape de hard disk-urile în acest parametru. Cu toate acestea, aceste modele sunt încă prea scumpe.

În februarie 2009, au început livrările de unități flash USB cu o capacitate de 512 Gb. Acest model a fost deja pus în vânzare la Moscova. Costul estimat al unui astfel de model pentru consumatorul final este planificat să fie în jur de 250 USD, ceea ce face ca o astfel de unitate flash să fie un concurent evident. HDD-uri externe. Unitatea flash are o dimensiune compactă mică, o interfață USB 2.0 și o viteză de citire de 11 MB/sec. și 10 MB/sec. pentru înregistrare.Conținut [eliminare]

Principiul de funcționare

Programarea memoriei flash

Stergerea memoriei flash

Memoria flash stochează informații într-o serie de tranzistori cu poartă flotantă numite celule. În dispozitivele tradiționale cu celule cu un singur nivel (celule un singur nivel în engleză, SLC), fiecare dintre ele poate stoca doar un bit. Unele dispozitive noi cu celule cu mai multe niveluri (MLC) pot stoca mai mult de un bit folosind diferite niveluri de sarcină electrică pe poarta plutitoare a unui tranzistor.

Acest tip de memorie flash se bazează pe un element NOR deoarece într-un tranzistor cu poartă flotantă, o tensiune scăzută la poartă denotă una.

Tranzistorul are două porți: de control și flotant. Acesta din urmă este complet izolat și este capabil să rețină electronii până la 10 ani. Celula are, de asemenea, un dren și o sursă. La programarea cu tensiune, se creează un câmp electric la poarta de control și apare un efect de tunel. Unii electroni traversează stratul izolator și ajung pe poarta plutitoare, unde vor rămâne. Încărcarea de pe poarta plutitoare modifică „lățimea” canalului de scurgere-sursă și conductivitatea acestuia, care este utilizată pentru citire.

Celulele de programare și citire au un consum de energie foarte diferit: dispozitivele de memorie flash consumă destul de mult curent la scriere, în timp ce consumul de energie este scăzut la citire.

Pentru a șterge informațiile, o tensiune negativă mare este aplicată la poarta de control, iar electronii de la poarta plutitoare se deplasează (tunel) către sursă.

În arhitectura NOR, fiecare tranzistor trebuie conectat la un contact individual, ceea ce mărește dimensiunea circuitului. Această problemă este rezolvată folosind arhitectura NAND.

Tipul NAND se bazează pe elementul NAND. Principiul de funcționare este același; diferă de tipul NOR doar prin amplasarea celulelor și a contactelor acestora. Ca urmare, nu mai este necesar să se asigure un contact individual fiecărei celule, astfel încât dimensiunea și costul cipului NAND pot fi reduse semnificativ. De asemenea, înregistrarea și ștergerea sunt mai rapide. Cu toate acestea, această arhitectură nu permite accesul la o celulă arbitrară.

Arhitecturile NAND și NOR există acum în paralel și nu concurează între ele, deoarece sunt utilizate în diferite domenii de stocare a datelor.

Poveste

Memoria flash a fost inventată de Fujio Masuoka în timp ce lucra la Toshiba în 1984. Numele de „flash” a fost inventat și la Toshiba de colegul lui Fuji, Shoji Ariizumi, deoarece procesul de ștergere a conținutului memoriei îi amintea de un bliț. Masuoka și-a prezentat designul la IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), care a avut loc la San Francisco, California. Intel a văzut un mare potențial în invenție și a lansat primul cip comercial NOR flash în 1988.

Memoria flash NAND a fost anunțată de Toshiba în 1989 la Conferința Internațională a Circuitelor Solid-State. Avea o viteză de scriere mai mare și o zonă de cip mai mică.

La sfarsitul anului 2008, liderii in productia de memorie flash sunt Samsung (31% din piata) si Toshiba (19% din piata, inclusiv fabricile comune cu Sandisk). (Date conform iSupply din Q4"2008). Standardizarea cipurilor de memorie flash NAND este realizată de Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Standardul actual este specificația ONFI versiunea 1.0, lansată la 28 decembrie 2006 Grupul ONFI este susținut de concurenții Samsung și Toshiba în producția de cipuri NAND: Intel, Hynix și Micron Technology.

Caracteristici

Unele dispozitive cu memorie flash pot atinge viteze de până la 100 MB/s. În general, cardurile flash au o gamă largă de viteze și sunt de obicei marcate la vitezele unei unități CD standard (150 Kb/s). Deci viteza indicată de 100x înseamnă 100 H 150 Kb/s = 15.000 Kb/s = 14,65 Mb/s.

Practic, volumul unui cip de memorie flash este măsurat de la kilobytes la câțiva gigabytes.

În 2005, Toshiba și SanDisk au introdus cipuri NAND de 1 GB folosind tehnologia celulelor cu mai multe niveluri, în care un singur tranzistor poate stoca mai mulți biți folosind niveluri diferite de sarcină electrică pe o poartă plutitoare.

În septembrie 2006, Samsung a introdus un cip de 8 GB realizat folosind o tehnologie de proces de 40 nm. La sfârșitul anului 2007, Samsung a anunțat crearea primului cip de memorie flash NAND MLC (celula multinivel) din lume, realizat folosind o tehnologie de proces de 30 nm. Capacitatea cipului este de asemenea de 8 GB. Se așteaptă ca cipurile de memorie să intre în producție de masă în 2009.

Pentru a crește volumul, dispozitivele folosesc adesea o serie de mai multe cipuri. Practic, de la mijlocul anului 2007, dispozitivele USB și cardurile de memorie au o capacitate de la 512 MB până la 64 GB. Cea mai mare capacitate a dispozitivelor USB este de 1 TB.

Sisteme de fișiere

Principalul punct slab al memoriei flash este numărul de cicluri de rescriere. Situația este agravată și de faptul că sistemul de operare scrie frecvent date în aceeași locație. De exemplu, tabelul sistemului de fișiere este actualizat frecvent, astfel încât primele sectoare de memorie își vor consuma rezerva mult mai devreme. Distribuția încărcăturii poate prelungi semnificativ durata de viață a memoriei.

Pentru a rezolva această problemă, au fost create sisteme de fișiere speciale: JFFS2 și YAFFS pentru GNU/Linux și exFAT pentru Microsoft Windows.

Unitățile flash USB și cardurile de memorie, cum ar fi SecureDigital și CompactFlash, au un controler încorporat care detectează și corectează erorile și încearcă să utilizeze uniform resursa de rescriere a memoriei flash. Pe astfel de dispozitive nu are sens să folosești un sistem de fișiere special și pentru o mai bună compatibilitate, se folosește FAT obișnuit.

Aplicație

Carduri flash de diferite tipuri (potrivire afișată pentru estimarea dimensiunii)

Memoria flash este cel mai bine cunoscută pentru utilizarea sa în unitățile flash USB. blitz USB conduce). Principalul tip de memorie folosit este NAND, care este conectat prin interfața USB Masa USB dispozitiv de stocare (USB MSC). Această interfață este acceptată de toate sistemele de operare moderne.

Mulțumită de mare viteză, volum și dimensiune compactă, unitățile flash USB au înlocuit complet dischetele de pe piață. De exemplu, Dell a încetat să mai producă computere cu o unitate de dischetă în 2003.

În prezent, o gamă largă de unități flash USB sunt produse în diferite forme și culori. Există pe piață unități flash cu criptare automată datele înregistrate pe acestea. Compania japoneză Solid Alliance produce chiar și unități flash sub formă de alimente.

Există distribuții speciale GNU/Linux și versiuni de programe care pot funcționa direct de pe unități USB, de exemplu, pentru a vă folosi aplicațiile într-un Internet cafe.

Tehnologia ReadyBoost Windows Vista capabil să utilizeze o unitate flash USB sau o memorie flash specială încorporată în computer pentru a crește performanța. Memoria flash este, de asemenea, baza pentru cardurile de memorie, precum SecureDigital (SD) și Memory Stick, care sunt utilizate în mod activ în echipamentele portabile (aparate foto, telefoane mobile). Împreună cu dispozitivele de stocare USB, memoria flash ocupă cea mai mare parte a pieței suporturilor de stocare portabile.

Tipul de memorie NOR este folosit mai des în memoria BIOS și ROM a dispozitivelor, cum ar fi modemurile DSL, routerele etc. Memoria flash vă permite să actualizați cu ușurință firmware-ul dispozitivelor, în timp ce viteza și capacitatea de scriere nu sunt atât de importante pentru astfel de dispozitive. .

Posibilitatea de a înlocui hard disk-urile cu memorie flash este acum luată în considerare în mod activ. Ca urmare, viteza cu care pornește computerul va crește, iar absența pieselor în mișcare va crește durata de viață a acestuia. De exemplu, în XO-1, un „laptop de 100 USD” care este dezvoltat în mod activ pentru țările lumii a treia, în loc de hard disk Se va folosi o memorie flash de 1 GB. Limitele de distribuție preț mare per GB și o durată de viață mai scurtă decât hard disk-urile datorită numărului limitat de cicluri de scriere.

Tipuri de carduri de memorie

Există mai multe tipuri de carduri de memorie utilizate în telefoanele mobile.

MMC (MultiMedia Card): un card în format MMC are dimensiuni mici - 24x32x1,4 mm. Dezvoltat în comun de SanDisk și Siemens. MMC conține un controler de memorie și este foarte compatibil cu o mare varietate de dispozitive. În majoritatea cazurilor, cardurile MMC sunt acceptate de dispozitivele cu slot SD.
RS-MMC (Reduced Size MultiMedia Card): Un card de memorie care are jumătate din lungimea unui card MMC standard. Dimensiunile sale sunt de 24x18x1,4 mm, iar greutatea sa este de aproximativ 6 g toate celelalte caracteristici nu diferă de MMC. Pentru a asigura compatibilitatea cu standardul MMC atunci când utilizați carduri RS-MMC, este necesar un adaptor.
DV-RS-MMC (Card MultiMedia de dimensiune redusă cu dublă tensiune): cardurile de memorie DV-RS-MMC cu alimentare duală (1,8 și 3,3 V) au un consum redus de energie, ceea ce va permite telefonului dvs. mobil să funcționeze puțin mai mult. Dimensiunile cardului sunt aceleași ca RS-MMC, 24x18x1,4 mm.
MMCmicro: card de memorie miniatural pentru dispozitive mobile cu dimensiunile 14x12x1,1 mm. Trebuie folosit un adaptor pentru a asigura compatibilitatea cu un slot MMC standard.

Card SD (Secure Digital Card): acceptat de SanDisk, Panasonic și Toshiba. Standardul SD este o dezvoltare ulterioară a standardului MMC. În ceea ce privește dimensiunea și caracteristicile, cardurile SD sunt foarte asemănătoare cu MMC, doar puțin mai groase (32x24x2,1 mm). Principala diferență față de MMC este tehnologia de protecție a drepturilor de autor: cardul are protecție cripto împotriva copierii neautorizate, protecţie sporită informații de la ștergerea sau distrugerea accidentală și un comutator mecanic de protecție la scriere. În ciuda asemănării standardelor, cardurile SD nu pot fi utilizate în dispozitivele cu slot MMC.
SD (Trans-Flash) și SDHC (capacitate mare): carduri SD vechi așa-numitele. Trans-Flash și noul SDHC (High Capacity) și dispozitivele lor de citire diferă prin limitarea capacității maxime de stocare, 2GB pentru Trans-Flash și 32GB pentru High Capacity. Cititoarele SDHC sunt compatibile cu SDTF, adică un card SDTF va fi citit fără probleme într-un cititor SDHC, dar într-un dispozitiv SDTF se vor vedea, sau nu vor fi citite deloc, doar 2GB din capacitatea mai mare SDHC. Se presupune că formatul TransFlash va fi complet înlocuit cu formatul SDHC. Ambele subformate pot fi prezentate în oricare dintre cele trei formate fizice. dimensiuni (Standard, mini si micro).
miniSD (Mini Secure Digital Card): Acestea diferă de cardurile standard Secure Digital prin dimensiunile lor mai mici de 21,5x20x1,4 mm. Pentru a vă asigura că cardul funcționează în dispozitivele echipate cu un slot SD obișnuit, este utilizat un adaptor.
microSD (Micro Secure Digital Card): sunt în prezent (2008) cele mai compacte dispozitive detașabile memorie flash (11x15x1 mm). Sunt utilizate în principal în telefoane mobile, comunicatoare etc., deoarece, datorită compactității, pot extinde semnificativ memoria dispozitivului fără a crește dimensiunea acestuia. Comutatorul de protecție la scriere este situat pe adaptorul microSD-SD.

MS Duo (Memory Stick Duo): acest standard memoria a fost dezvoltată și susținută de Sony. Carcasa este destul de rezistenta. Momentan acesta este cel mai mult dragă amintire dintre toate cele prezentate. Memory Stick Duo a fost dezvoltat pe baza standardului Memory Stick utilizat pe scară largă de la același Sony și se distinge prin dimensiunile sale mici (20x31x1,6 mm).