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Flash-Speicher

Flash-Speicher. Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft. Gliederung. 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

gella
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Presentation Transcript

  1. Flash-Speicher Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft

  2. Gliederung • 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

  3. Einführung • Genaue Bezeichnung: Flash-EEPROM • Halbleitertechnik • Nicht flüchtig (non-volatil) • Beispiele für Verwendung • USB-Sticks, Speicherkarten, zur Speicherung von Firmware, Solid State Drives und Hybridfestplatten

  4. Einführung – Wieso „Flash“? • 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 EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

  5. Funktionsprinzip • 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

  6. Die Flash-Zelle • ähnelt einen FET • 2 Gates: Control Gate; Floating Gate • Elektronen auf CG verändern Schwellspannung • Elektronen auf FG kodieren Bit

  7. Der Source-Drain-Kanal • Strom kann bei ungeladenen Zustand durch den Kanal fließen

  8. Beschreiben des Floating Gates • CHE: Channel Hot Electron • Verfahren um benötigte Spannung zu reduzieren • Source-Drain-Strecke dient als Elektronenbeschleuniger

  9. Auslesen der Zelle • Erzeugt durch elektrisches Feld einen leitenden Kanal zwischen Source und Drain

  10. Löschen der Zelle • Elektronen werden durch hohe negative Löschspannung wieder • „herausgezogen“

  11. Löschen von Flash-Speicher • 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 Deutliche Unterschiede bei Schreib- und Leserate

  12. Architekturen - NOR-Flash • Speicherzellen sind über Datenleitungen parallel geschaltet • Zugriff kann wahlfrei und direkt erfolgen

  13. Architekturen – NAND-Flash • Serienschaltung • Beim Auslesen einer einzelnen Zelle – müssen die anderen in der Kette maskiert werden • Wird Blockweise über interne Register angesprochen

  14. Architekturen - Vergleich NAND - Flash: + schnelleres Schreiben + höhere Speicherdichte + höhere Kapazitäten + mehr Löschzyklen - Aufwendige Controller-Technik Verwendung: USB-Sticks, Speicherkarten, SSD‘s, HHD‘setc. NOR- Flash: + einfacher ansteuerbar + schnelleres Lesen • relativ teuer • keine hohe Speicherdichte Verwendung: Bootcode- und Firmwarespeicher

  15. Anzahl der Löschzyklen • 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

  16. Kenngrößen • 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

  17. Vorteile von Flash-Speicher • Nicht Flüchtig • Geringer Energieverbrauch • Resistent gegen Erschütterungen und magnetischen Feldern • Geringes Gewicht • Geräuschlos • Sehr hohe Datendichte • Kurze Zugriffszeiten (im Vergleich zu Festplatten

  18. Nachteile von Flash-Speicher • Teurer als Festplatten und optische Speicher • Langsamer als RAM • Löschen nur ganzer Sektoren • Komplexe Ansteuerung • Begrenzte Anzahl von Schreibzyklen

  19. Solid State Disk (SSD) • 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

  20. Hybrid Hard Disk (HHD) • Mischung aus persistenten Halbleiterspeicher und magnetischen Speicher • Soll Lese-/Schreibkopf entlasten • Ansatz zur Verbindung von Vorteilen von Flash- und traditionellen Festplattenspeicher

  21. Ende Danke für Eure Aufmerksamkeit

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