Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft Flash-Speicher Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft

Gliederung Einführung Technik Vor-/ Nachteile SSD und HHD 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

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

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

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

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“

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

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

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

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

Kenngrößen Endurance: Retention: 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

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

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

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

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

Ende Danke für Eure Aufmerksamkeit