Flash-SpeicherFunktionsprinzip·Anwendung·Zukunft

Einführung◦ Wieso „Flash“?

Technik◦ Funktionsprinzip

Die Flash-Zelle Der Source-Drain-Kanal Beschreiben des Floating Gates Auslesen der Zelle Löschen der Zelle

◦ Architekturen NOR NAND Vergleich

◦ Anzahl Löschzyklen◦ Kenngrößen

Vor-/ Nachteile SSD und HHD

Gliederung

Genaue Bezeichnung: Flash-EEPROM

Halbleitertechnik

Nicht flüchtig (non-volatil)

Beispiele für Verwendung◦ USB-Sticks, Speicherkarten, zur Speicherung von

Firmware, Solid State Drives und Hybridfestplatten

Einführung

Traditionelles EEPROM:◦ Selektives Löschen einzelner Zellen möglich◦ Dafür vor jeder Zelle einen eigenen Transistor

Niedrigere Speicherdichte

Flash-EEPROM◦ Nur sektorenweise löschbar („flashen“)◦ Kein zusätzlicher Transistor für jede Zelle◦ Sektor muss vor jeder Änderung gelöscht werden

Einführung – Wieso „Flash“?

EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

Information = Elektronen in einen Transistor

Floating Gate (Transistor)◦ Entweder leitet (logisch 1) oder sperrt (logisch 0)

Ein Isolator schneidet Floating Gate von Stromzufuhr ab Ladung ist „gefangen“

Ladungszustandsänderung durch Tunneleffekt, der Elektronen durch Nichtleiter lässt

Funktionsprinzip

Die Flash-Zelle

ähnelt einen FET 2 Gates: Control Gate; Floating Gate Elektronen auf CG verändern Schwellspannung Elektronen auf FG kodieren Bit

Der Source-Drain-Kanal

Strom kann bei ungeladenen Zustand durch den Kanal fließen

Beschreiben des Floating Gates

CHE: Channel Hot Electron Verfahren um benötigte Spannung zu reduzieren Source-Drain-Strecke dient als Elektronenbeschleuniger

Auslesen der Zelle

Erzeugt durch elektrisches Feld einen leitenden Kanal zwischen Source und Drain

Löschen der Zelle

Elektronen werden durch hohe negative Löschspannung wieder „herausgezogen“

Es lassen sich nur Blöcke löschen◦ 256 Bytes bis 128 KByte

Schreiboperationen die Daten verändern◦ Machen Lesen und Modifikation in einem Puffer, und

evtl. zurückschreiben in die Flash-Zelle notwendig

Löschen von Flash-Speicher

Deutliche Unterschiede bei Schreib- und Leserate

Architekturen - NOR-Flash Speicherzellen sind

über Datenleitungen parallel geschaltet

Zugriff kann wahlfrei und direkt erfolgen

Architekturen – NAND-Flash Serienschaltung

Beim Auslesen einer einzelnen Zelle – müssen die anderen in der Kette maskiert werden

Wird Blockweise über interne Register angesprochen

NOR- Flash:

+ einfacher ansteuerbar+ schnelleres Lesen

relativ teuer keine hohe Speicherdichte

Verwendung:Bootcode-und Firmwarespeicher

Architekturen - Vergleich

NAND - Flash:

+ schnelleres Schreiben+ höhere Speicherdichte+ höhere Kapazitäten+ mehr Löschzyklen

- Aufwendige Controller-Technik

Verwendung:

USB-Sticks, Speicherkarten, SSD‘s, HHD‘s etc.

Anzahl ist begrenzt:◦ ca. 100 000 – 1 000 000 bei NAND-

Flash◦ ca. 10 000 bei NOR-Flash

Löschvorgang = hohe Spannungen◦ Oxid-Schicht wird mit jeden

Löschvorgang ein klein wenig beschädigt (Degradation)

◦ Bei Wegfall der Oxid-Schicht, bleiben Informationen nicht mehr im Floating Gate

Anzahl der Löschzyklen

Endurance:◦ Garantierte von Löschzyklen ohne Defekt◦ Typischer Wert: 100 000 bzw. 1 000 000

Retention:◦ Zeitspanne, in der Daten lesbar bleiben◦ Elektronen können spontan von Floating Gate

abwandern◦ Typischer Wert: 10 Jahre

Kenngrößen

Nicht Flüchtig Geringer Energieverbrauch Resistent gegen Erschütterungen und

magnetischen Feldern Geringes Gewicht Geräuschlos Sehr hohe Datendichte Kurze Zugriffszeiten (im Vergleich zu

Festplatten

Vorteile von Flash-Speicher

Teurer als Festplatten und optische Speicher Langsamer als RAM Löschen nur ganzer Sektoren Komplexe Ansteuerung Begrenzte Anzahl von Schreibzyklen

Nachteile von Flash-Speicher

Aus Speicherchips aufgebaut, wird festplattenartig angesprochen

Große Schock- und Temperaturtoleranz

Soll die Festplatte in den nächsten Jahren vor allem im mobilen Bereich und später komplett verdrängen

Solid State Disk (SSD)

Mischung aus persistenten Halbleiterspeicher und magnetischen Speicher

Soll Lese-/Schreibkopf entlasten

Ansatz zur Verbindung von Vorteilen von Flash- und traditionellen Festplattenspeicher

Hybrid Hard Disk (HHD)

Danke für Eure Aufmerksamkeit

Ende