Flashmemória

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. december 24-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 20 szerkesztést igényelnek .

A flash memória ( angolul  flash memória ) egyfajta félvezető technológiás elektromosan újraprogramozható memória ( EEPROM ). Ugyanezt a szót használják az elektronikus áramkörökben a technológiailag teljes ROM-megoldásokra , amelyek ezen a félvezető technológián alapuló mikroáramkörök formájában. A mindennapi életben ezt a kifejezést a szilárdtestalapú tárolóeszközök széles osztályához rendelték hozzá .

Ez a cikk a félvezető technológiáról és a kapcsolódó elektronikus alkatrészekről szól; vannak más cikkek a szilárdtestalapú meghajtókról : memóriakártya , usb flash meghajtó .

Kompaktságának, alacsony költségének, mechanikai szilárdságának, nagy térfogatának, sebességének és alacsony energiafogyasztásának köszönhetően a flash memóriát széles körben használják digitális hordozható eszközökben és adathordozókban. Ennek a technológiának komoly hátránya a hordozók korlátozott erőforrása [1] [2] , valamint az elektrosztatikus kisülésekre való érzékenység.

Történelem

A flash memória technológia előfutárai az ultraibolya sugárzással törölhető csak olvasható memóriák ( EPROM ) és az elektromosan törölhető ROM ( EEPROM ) tekinthetők. Ezek az eszközök egy sor lebegőkapu tranzisztorral is rendelkeztek, amelyekben az elektronok befecskendezését a lebegőkapuba ("írást") úgy hajtották végre, hogy egy vékony dielektrikumban nagy elektromos térerőt hoztak létre. A mátrixban lévő komponensek huzalozási területe azonban drámaian megnőtt, ha fordított mezőt kellett létrehozni az elektronok lebegő kapuból való eltávolításához ("törlés"), ezért két eszközosztály jött létre: egy esetben, feláldozták a törlési áramköröket, nagy sűrűségű, egyszer írható memóriát szerezve, egy másik esetben pedig egy teljesen működőképes, jóval kisebb kapacitású eszközt készítettek.

Ennek megfelelően a mérnökök erőfeszítései a törlési áramkörök elrendezésének sűrűségével kapcsolatos probléma megoldására irányultak. Siker koronázta őket – Fujio Masuoka ( Jap.舛岡富士雄) Toshiba mérnök találmánya 1984-ben. A "flash" elnevezést a Toshiba - Shoji Ariizumi is megalkotta , aki számára a memória tartalmának törlésének folyamata egy zseblámpához ( eng. flash ) hasonlított. Masuoka 1984-ben mutatta be tervét az IEEE International Electron Devices Meeting -en (IEDM), amelyet San Franciscóban tartottak .  

1988-ban az Intel kiadta az első kereskedelmi NOR flash chipet.

A NAND típusú flash memóriát a Toshiba 1989-ben jelentette be a Nemzetközi Szilárdtest-áramköri Konferencián .

Hogyan működik

A flash memória fő összetevője a lebegő kapu tranzisztor , amely a MOSFET egy típusa . Különbsége, hogy a vezérlőkapu és a p-réteg között van egy kiegészítő (lebegő) kapu. Az úszókapu szigetelt és a benne tárolt negatív töltés sokáig megmarad.

SLC és MLC

Vannak olyan eszközök, amelyekben egy cella egy vagy több bitet tárol. Az egybites cellákban csak két töltési szint különböztethető meg a lebegő kapun. Az ilyen cellákat egyszintűnek nevezik ( egyszintű cella, SLC ). A többbites cellákban több töltési szintet különböztetnek meg; többszintűnek ( multi-level cell, MLC [3] [4] ) nevezik. Az MLC-eszközök olcsóbbak és nagyobb kapacitásúak, mint az SLC-eszközök, de nagyobb hozzáférési idejük van, és körülbelül egy nagyságrenddel kisebb az újraírások maximális száma [5] .

Általában MLC alatt cellánként 4 töltési szinttel (2 bit) rendelkező memória értendő. A 8 szintű (3 bites) memóriát tekintve olcsóbbat TLC-nek ( Triple Level Cell ) [3] [4] vagy 3 bites MLC -nek (a Samsung hívja) [6] hívják . Vannak olyan eszközök is, amelyek cellánként 16 szinttel rendelkeznek (4 bit), QLC (négyszintű cella ). 2018 augusztusában a Samsung Electronics bejelentette a QLC V-NAND memórián alapuló SSD-k tömeggyártásának megkezdését [7] .

2016-ra a többszintű memória uralja a piacot. Ennek ellenére az SLC-termékeket sokszor kisebb kapacitásuk ellenére továbbra is különösen kritikus alkalmazásokra fejlesztik és gyártják [8] .

Hangmemória

Az MLC-sejtek ötletének természetes fejlődése az volt, hogy analóg jelet írjanak a sejtbe . Az ilyen analóg flash chipek legnagyobb felhasználása a viszonylag rövid hangtöredékek olcsó replikált termékekben való reprodukálásában volt . Az ilyen mikroáramkörök használhatók a legegyszerűbb játékokban, hangkártyákban, üzenetrögzítőkben stb. [9]

NOR és NAND

A flash memória különbözik a cellák tömbbe történő csatlakoztatásának módjában.

A NOR kialakítás a vezetők klasszikus kétdimenziós mátrixát használja , amelyben egy cella a sorok és oszlopok metszéspontjában van beállítva. Ebben az esetben a sorvezetőt a tranzisztor leeresztőjéhez, az oszlopvezetőt pedig a második kapuhoz csatlakoztatták. A forrás mindenki számára közös szubsztrátumhoz volt kötve.

A NAND kialakítása egy háromdimenziós tömb. Az alap ugyanaz a mátrix, mint a NOR-ban, de minden kereszteződésben egy tranzisztor helyett sorba kapcsolt cellákból álló oszlop van telepítve. Ebben a kialakításban sok kapuláncot kapunk egy kereszteződésben. A tömörítési sűrűség drámaian növelhető (végül is csak egy kapuvezető fér el egy cellában egy oszlopban), de a cellák olvasási és írási célú elérésének algoritmusa észrevehetően bonyolultabbá válik. Ezenkívül minden sorba két MOS tranzisztor van beépítve: egy bitvonal vezérlő tranzisztor ( eng.  bit line select tranzisztor ), amely a cellák oszlopa és egy bitvonal között helyezkedik el, és egy földvezérlő tranzisztor a föld előtt ( eng.  földválasztó tranzisztor ).

A NOR technológia lehetővé teszi az egyes cellák gyors elérését, de a cella területe nagy. Éppen ellenkezőleg, a NAND-ok kis cellaterülettel rendelkeznek, de viszonylag hosszú hozzáféréssel rendelkeznek egyszerre nagy számú cellához. Ennek megfelelően az alkalmazási terület eltérő: a NOR a mikroprocesszoros programok közvetlen memóriájára és kis segédadatok tárolására egyaránt szolgál.

A NOR és NAND elnevezések a cellákat egy tömbbe foglaló áramkör társításából származnak a CMOS logikai chipek – NOR és NAND elemek – áramkörével.

A NAND-t leggyakrabban USB flash meghajtókhoz , memóriakártyákhoz, SSD -khez használják ; és NOR a beágyazott rendszerekben .

Voltak más lehetőségek is a cellák tömbbé való kombinálására, de ezek nem gyökereztek meg.

  • Flash memória programozás

  • Flash memória törlése

Olvasás

A leolvasáshoz pozitív feszültséget kapcsolunk a vezérlőkapura. Ha nincs töltés az úszókapuban, akkor a tranzisztor elkezd áramot vezetni. Ellenkező esetben nem folyik áram a forrás és a lefolyó között. MLC celláknál több mérést kell végezni.

SEM

Egy bizonyos memóriacella olvasásához közbenső feszültséget kell kapcsolni a vezérlőkapujához (ez csak akkor elegendő a tranzisztor vezetéséhez, ha nincs töltés az úszókapuban). A vonal többi celláját minimális feszültségnek kell alávetni, hogy megakadályozzuk ezeknek a celláknak a vezetését. Ha a számunkra érdekes cellában nincs töltés, akkor a bitvonal ( angol  bitvonal ) és a föld között áram lesz.

NAND

Ennél az elrendezésnél közbenső feszültséget is kapunk egy bizonyos cella vezérlőkapujára. A vonal többi vezérlőkapuja feszültség alatt van, hogy megbizonyosodjon arról, hogy áramot vezet. Így a föld és a vezeték között áram keletkezik, ha a számunkra érdekes cellában nincs töltés.

Felvétel

A rögzítéshez a töltéseknek be kell jutniuk az úszókapun, de az oxidréteggel van szigetelve. Az alagút effektus felhasználható díjszállításra . A kisütéshez nagy pozitív feszültséget kell alkalmazni a vezérlőkapura: a negatív töltés az alagút effektus segítségével hagyja el az úszókaput. Ezzel szemben nagy negatív feszültséget kell alkalmazni az úszókapu töltéséhez.

A rögzítés forró média befecskendezéssel is megvalósítható . Amikor áram folyik a forrás és a megnövekedett feszültség lefolyója között, az elektronok leküzdhetik az oxidréteget, és az úszókapuban maradhatnak. Ebben az esetben szükséges, hogy a vezérlőkapun pozitív töltés legyen jelen, amely injektálási lehetőséget teremt.

Az MLC különböző feszültségeket és időket használ a különböző értékek rögzítésére [10] .

Mindegyik írás kis mértékben károsítja az oxidréteget, ezért az írások száma korlátozott.

A NOR és NAND elrendezésben történő írás két szakaszból áll: először a vonal összes tranzisztorát 1-re állítják (nincs töltés), majd a kívánt cellákat 0-ra állítják.

SEM

Az első szakaszban a cellákat alagúteffektussal tisztítják: erős feszültséget kapcsolnak az összes vezérlőkapuhoz. A forró hordozó befecskendezésével egy adott cellát 0-ra állítanak be. A kisülési vezetékre nagy feszültség kerül. Ennek a hatásnak a második fontos feltétele a pozitív töltések jelenléte a vezérlőkapun. Pozitív feszültség csak egyes tranzisztorokra, negatív feszültség a többi tranzisztorra kerül, így csak a számunkra érdekes cellákra íródik nulla.

NAND

A NAND első szakasza hasonló a NOR-hoz. A NOR-tól eltérően egy alagút effektust használnak a cellák nullára állítására. A számunkra érdekes vezérlőkapuk nagy negatív feszültséget kapnak.

3D NAND

A NAND áramkör kényelmesnek bizonyult egy cellablokk függőleges elrendezésének felépítésére egy chipen [11] [12] [13] . A kristályra rétegenként vezetõképes és szigetelõ rétegek kerülnek lerakásra, amelyek a kapuvezetõket és magukat a kapukat alkotják. Ezután ezekben a rétegekben több lyuk van kialakítva a rétegek teljes mélységében. A térhatású tranzisztorok szerkezetét a lyukak falára alkalmazzák - szigetelők és úszókapuk. Így gyűrű alakú FET-ek úszókapukkal ellátott oszlopa jön létre.

Egy ilyen függőleges szerkezet nagyon sikeresnek bizonyult, és minőségi áttörést hozott a flash memória sűrűségében. Egyes cégek saját márkaneveik alatt népszerűsítik a technológiát, például V-NAND, BiCS. A rétegek száma a technológia fejlődésével nő: 2016-ban például számos termék rétegszáma elérte a 64 -et [14] , 2018-ban a 96 rétegű memória [15] gyártását sajátították el, 2019-ben a Samsung bejelentette a 136 rétegű kristályok sorozatfejlesztése [16] . 2021-ben a gyártók 256, 2023-ra pedig 512 rétegre való átállást terveztek, ami lehetővé teszi akár 12 terabájt adat elhelyezését egy flash chipen [17] . 2022. július végén az amerikai Micron Technology cég a világon elsőként adott ki 232 rétegű NAND memóriát (TLC memória hat síkkal, minden síkban független olvasási lehetőséggel) [18] , majd egy héttel később 2022 augusztusának elején a Hynix megdöntötte ezt a rekordot a 238 rétegű flash memória [19] [20] kiadásával .

Multichip mikroáramkörök

A helytakarékosság érdekében egy flash memória chip több félvezető lapkát (kristályt) tud csomagolni, akár 16 darabot [21] .

Technológiai korlátok

Az író és olvasó cellák energiafelhasználásában különböznek: a flash memóriák írás közben nagy áramot vesznek fel, hogy nagy feszültséget generáljanak, míg olvasáskor az energiafogyasztás viszonylag kicsi.

Erőforrás rögzítése

A töltés változása a struktúra visszafordíthatatlan változásainak felhalmozódásával jár, ezért a flash memória cellához tartozó bejegyzések száma korlátozott. A törlési-írási ciklusok tipikus száma ezertől vagy kevesebbtől tíz- és százezerig terjed, a memória típusától és a gyártási folyamattól függően. A garantált erőforrás lényegesen alacsonyabb cellánként néhány bit tárolása esetén (MLC és TLC), valamint 30 nm -es és magasabb osztályú műszaki folyamatok alkalmazásakor.

A degradáció egyik oka az, hogy az egyes cellákban nem lehet egyénileg szabályozni az úszókapu töltését. Az a tény, hogy az írás és a törlés egyszerre sok cellán történik - ez a flash memória technológia szerves tulajdonsága. A rögzítő a referenciacella vagy az átlagérték szerint szabályozza a töltés befecskendezésének elegendőségét. Fokozatosan az egyes cellák töltése nem illeszkedik, és egy ponton túllépi a megengedett határokat, amit az írógép befecskendezésével kompenzálni lehet, és az olvasó észlel. Nyilvánvaló, hogy a sejtazonosság mértéke befolyásolja az erőforrást. Ennek egyik következménye, hogy a félvezető technológia topológiai normáinak csökkenésével egyre nehezebb azonos elemeket létrehozni, így egyre akutabbá válik az erőforrás rögzítésének kérdése.

Egy másik ok az atomok kölcsönös diffúziója , a félvezető szerkezet szigetelő és vezető tartományai, amelyet felgyorsít az elektromos tér gradiense a zsebben, valamint a szigetelő periodikus elektromos meghibásodása írás és törlés közben. Ez a határok elmosódásához és a szigetelő minőségének romlásához, valamint a töltés tárolási idejének csökkenéséhez vezet.

Kezdetben, a 2000-es években az 56 nm-es memóriánál az ilyen törlési erőforrás akár 10 ezerszeres volt az MLC eszközöknél és akár 100 ezerszeres az SLC eszközöknél, azonban a technikai folyamatok csökkenésével a garantált törlések száma csökkent. . A 34 nm-es memóriára (2010-es évek eleje) a szokásos 2 bites MLC körülbelül 3-5 ezret, az SLC pedig 50 ezret garantált [22] . 2013-ban az egyes modellek MLC esetében néhány ezer ciklust, TLC esetében pedig ezernél (több száz) nagyságrendű garanciát vállaltak a degradáció megkezdése előtt [23] .

Memória típusa Forrás Megoldási példák
SLC NOR 100 000 .. 1 000 000 Numonyx M58BW, Spansion S29CD016J
MLC NOR 100 000 Numonyx J3 vaku
SLC NAND 100 000 Samsung OneNAND KFW4G16Q2M
MLC NAND 1000 .. 10 000 Samsung K9G8G08U0M
TLC NAND 1000 Samsung SSD 840
3D MLC NAND 6000 .. 40 000 Samsung SSD 850 PRO, Samsung SSD 845DC PRO
3D TLC NAND 1000...3000 Samsung SSD 850 EVO, Samsung SSD 845DC EVO, Crucial MX300

Kísérleti technológiával folynak a kutatások egy flash memória cella helyreállítására a kapu szigetelőjének néhány ezredmásodpercig tartó helyi melegítésével 800 °C-ra. [24]

Adatmegőrzési időszak

A zsebszigetelés nem ideális, a töltés fokozatosan változik. A legtöbb gyártó által a háztartási termékekre vonatkozó töltés eltarthatósága nem haladja meg a 10-20 évet , bár az adathordozókra a garancia legfeljebb 5 évre szól. Ugyanakkor az MLC memória rövidebb ideje van, mint az SLC.

Különleges környezeti feltételek, mint például a megnövekedett hőmérséklet vagy a sugárterhelés (gamma-sugárzás és nagy energiájú részecskék), katasztrofálisan lerövidíthetik az adatok tárolási idejét.

A modern NAND chipekkel olvasáskor az adatok megsérülhetnek egy blokkon belül a szomszédos oldalakon. Nagyszámú (több százezer vagy több) olvasási művelet végrehajtása újraírás nélkül felgyorsíthatja a hiba előfordulását [25] [26] .

A Dell szerint a tápellátás nélküli SSD-n az adatok tárolásának időtartama nagymértékben függ az elmúlt írási ciklusok számától (P / E) és a flash memória típusától, és a legrosszabb esetben 3-6 hónap is lehet [26 ] [27] .

Hierarchikus szerkezet

A flash memória törlése, írása és olvasása mindig viszonylag nagy, különböző méretű blokkokban történik, míg a törlési blokk mérete mindig nagyobb, mint az írási blokk, és az írási blokk mérete nem kisebb, mint az olvasási blokk mérete. Valójában ez a flash memória jellegzetes megkülönböztető jellemzője a klasszikus EEPROM memóriához képest .

Ennek eredményeként az összes flash memória chip kifejezett hierarchikus szerkezettel rendelkezik. A memória blokkokra van osztva, a blokkok szektorokból állnak, szektorok - oldalakból. Egy adott mikroáramkör céljától függően a hierarchia mélysége és az elemek mérete változhat.

Például egy NAND chip törlési blokk mérete több száz kilobájt, az írási és olvasási oldal mérete pedig 4 kilobájt lehet. A NOR mikroáramkörök esetében a törölt blokk mérete néhány és több száz kilobájt között, az írási szektor mérete - akár több száz bájt, az olvasási oldal mérete - néhány és tíz bájt között változik.

Olvasási és írási sebesség

A törlési idő egységtől több száz milliszekundumig terjed a törölt blokk méretétől függően. A felvételi idő több tíz-száz mikroszekundum.

A NOR-mikroáramkörök olvasási idejét általában több tíz nanoszekundumra normalizálják. NAND chipeknél az olvasási idő több tíz mikroszekundum.

Technológiai skálázás

Rendkívül szabályos felépítése és a nagy mennyiségek iránti nagy igény miatt a NAND flash gyártási folyamata gyorsabban csökken, mint a kevésbé szabályos DRAM és a közel irreguláris logika (ASIC) esetében. A számos vezető gyártó közötti erős verseny csak felgyorsítja ezt a folyamatot [28] . A Moore-törvény logikai áramkörökre vonatkozó változatában az egységnyi területre jutó tranzisztorok száma három év alatt megduplázódik, míg a NAND flash két év alatt megduplázódott. 2012-ben a 19 nm-es folyamattechnológiát a Toshiba és a SanDisk vegyesvállalata sajátította el [29] . 2012 novemberében [30] a Samsung megkezdte a 19 nm-es technológiai gyártást is (a marketinganyagokban aktívan használja a „10 nm-es osztály” kifejezést, amely a 10-19 nm-es tartományban lévő folyamatokat jelöli) [31] [32] [33] [34] .

ITRS vagy cég 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ITRS gyors ütemterv 2011 [29] 32 nm 22 nm 20 nm 18 nm 16 nm
ITRS gyors ütemterv 2013 [35] [36] 17 nm 15 nm 14 nm
Samsung [29] [36]
Samsung 3D NAND (CTF) [36]		 35-32 nm 27 nm 21 nm (MLC, TLC) 19 nm 19-16nm
V-NAND (24L)		 12nm
V-NAND (32L)		 16-10 nm 12-10 nm 12-10 nm
Micron, Intel [29] [36] 34-25 nm 25 nm 20 nm (MLC+HKMG) 20 nm (TLC) 16 nm 16nm
3D NAND		 16nm
3D-NAND Gen2		 12nm
3D NAND		 12nm
3D NAND
Toshiba, Sandisk [29] [36] 43-32 nm 24 nm 19 nm (MLC, TLC) A-19 nm 15 nm 15nm
3D NAND BiCS		 15nm
3D NAND BiCS		 12nm
3D NAND		 12nm
3D NAND
SK Hynix [29] [36] 46-35 nm 26 nm 20 nm (MLC) 20 nm 16 nm 16 nm
3D V1		 16 nm 12 nm 12 nm

A technikai folyamat csökkentése lehetővé tette a NAND flash memória chipek mennyiségének gyors növelését. 2000-ben a 180 nm-es technológiát használó flash memória 512 Mbit adatmennyiséggel rendelkezett chipenként, 2005-ben - 2 Gbit 90 nm-en. Ezután az MLC-re való átállás következett, és 2008-ban a chipek térfogata 8 Gbit (65 nm) volt [37] . 2010-ben a chipek körülbelül 25-35%-a 16 Gb, 55%-a 32 Gb volt [38] . 2012–2014-ben a 64 Gbit-es chipeket széles körben alkalmazták az új termékekben, és megkezdődött a 24–19 nm-es gyártási eljárásokkal gyártott 128 Gbit-es modulok bevezetése (2014 elején 10%) [37] [38] .

Ahogy a gyártási folyamat csökken, és közeledik a jelenlegi gyártási technológiák , különösen a fotolitográfia fizikai korlátaihoz , az adatsűrűség további növelése érhető el a cellánkénti több bitre való átállással (például a 2 bites MLC-ről a 3 bites TLC-re való átállással). ), az FG -cellás technológiák CTF technológiára cserélése vagy a cellák háromdimenziós elrendezésére váltás a lemezen (3D NAND, V-NAND; ez azonban megnöveli a folyamat lépését). Például körülbelül 2011–2012-ben minden gyártó bevezette a légréseket a vezérlővonalak között, ami lehetővé tette a 24–26 nm-en túli skálázás folytatását [39] [40] , és 2013–2014-ben a Samsung megkezdte a 24 nm-es tömeggyártást. - és CTF technológián alapuló 32 rétegű 3D NAND [41] [42] , beleértve a 3 bites (TLC) cellákkal rendelkező változatot [43] . A kopásállóság (törlési erőforrás) csökkenése, amely a technikai folyamat csökkenésével, valamint a bithibák arányának növekedésével nyilvánul meg, bonyolultabb hibajavító mechanizmusok alkalmazását, valamint a garantált rögzítési mennyiségek, ill. jótállási időszakok [44] . A megtett intézkedések ellenére azonban valószínű, hogy a NAND memória további méretezésének lehetősége gazdaságilag nem lesz indokolt [45] [46] vagy fizikailag lehetetlen. A flash memória technológia sok lehetséges helyettesítését vizsgálják, mint például a FeRAM , MRAM , PMC , PCM , ReRAM stb. [47] [48] [49]

Az alkalmazás jellemzői

A NAND-eszközök kapacitáshatárának elérésének vágya a "házasság szabványosításához" vezetett - a mikroáramkörök gyártásának és értékesítésének jogához bizonyos százalékban hibás cellákkal, és nem garantált, hogy működés közben nem jelennek meg új "rossz blokkok". Az adatvesztés minimalizálása érdekében a memória minden oldala el van látva egy kis kiegészítő blokkkal, amelybe egy ellenőrző összeg kerül beírásra , információk az egybites hibákból való helyreállításhoz , információk az oldalon található hibás elemekről és az erre az oldalra történő írások száma.

Az olvasási algoritmusok bonyolultsága és bizonyos számú hibás cella megengedhetősége arra kényszerítette a fejlesztőket, hogy a NAND memóriachipeket speciális parancsfelülettel szereljék fel. Ez azt jelenti, hogy először egy speciális parancsot kell kiadnia a megadott memórialap átviteléhez a chipen belüli speciális pufferbe, meg kell várnia a művelet befejezését, be kell olvasnia a puffert, ellenőriznie kell az adatok sértetlenségét, és szükség esetén meg kell próbálnia visszaállítani őket. .

A flash memória gyenge pontja az újraírási ciklusok száma egy oldalon. A helyzetet rontja az is, hogy a szabványos fájlrendszerek  - vagyis a széles körben használt fájlrendszerekhez használt szabványos fájlkezelő rendszerek - gyakran ugyanarra a helyre írnak adatokat. A fájlrendszer gyökérkönyvtárát gyakran frissítik, így a memória első szektorai sokkal korábban elhasználják a készletüket. A terhelés elosztása jelentősen meghosszabbítja a memória élettartamát [50] .

NAND vezérlők

A NAND flash memória chipek használatának egyszerűsítése érdekében speciális chipekkel - NAND vezérlőkkel - együtt használják őket. Ezeknek a vezérlőknek el kell végezniük a NAND memória kiszolgálásának minden durva munkáját: interfészek és protokollok konvertálása, virtualizáció címzése (a rossz cellák megkerülése érdekében), adatok ellenőrzése és visszaállítása olvasás közben, különböző méretű törlési és írási blokkok gondozása ( Íráserősítés), gondoskodva a rögzített blokkok időszakos frissítéséről, a szektorok terhelésének egyenletes elosztásáról felvétel közben ( Kopáskiegyenlítés).

A kopás egyenletes elosztásának feladata azonban nem szükséges, így a legolcsóbb termékekbe a legegyszerűbb vezérlőket is beépíthetjük a gazdaságosság kedvéért. Az ilyen flash memóriakártyák és USB-kulcstartók gyorsan meghibásodnak, ha gyakran felülírják őket. Ha nagyon gyakran kell adatokat írni a pendrive-ra, akkor érdemes drága, tartósabb memóriával rendelkező termékeket (TLC helyett MLC, MLC helyett SLC) és jó minőségű vezérlőket használni.

A drága NAND vezérlők feladata a flash memória chipek "felgyorsítása" is azáltal, hogy egy fájl adatait több chip között osztják el. A fájl írására és olvasására fordított idő jelentősen lecsökken.

Speciális fájlrendszerek

A beágyazott alkalmazásokban gyakran a flash memória közvetlenül csatlakoztatható az eszközhöz - vezérlő nélkül. Ebben az esetben a vezérlő feladatokat a szoftveres NAND illesztőprogramnak kell végrehajtania az operációs rendszerben. Annak érdekében, hogy ne végezzenek redundáns munkát a rekordok egyenletes elosztásával az oldalak között, megpróbálják az ilyen adathordozókat speciális fájlrendszerekkel használni : JFFS2 [51] és YAFFS [52] Linuxhoz stb .

Alkalmazás

A flash memóriának két fő felhasználási területe van: számítógépek és elektronikus eszközök tárolóeszközeként , valamint digitális eszközök szoftverének (" firmware ") tárolása. Ezt a két alkalmazást gyakran egy eszközben kombinálják.

A flash memóriában tárolva könnyen frissíthető az eszközök firmware -e működés közben.

NOR

A NOR flash leginkább azokban az eszközökben alkalmazható, amelyek viszonylag kis nem felejtő memóriával rendelkeznek, amelyek gyors hozzáférést igényelnek a véletlenszerű címekhez, és garantálják, hogy nincsenek rossz elemek:

  • Egylapkás mikrokontrollerek beágyazott programmemóriája. A tipikus kötetek 1 KB és 1 MB között vannak.
  • Szabványos véletlen hozzáférésű ROM chipek a mikroprocesszorral való együttműködéshez.
  • Speciális bootstrap chipek számítógépekhez ( POST és BIOS ), DSP processzorok és programozható logika . A tipikus kötetek egységek és több tíz megabájt.
  • Közepes méretű adattároló chipek, mint például a DataFlash . Általában SPI interfésszel van felszerelve, és miniatűr tokba csomagolják. Tipikus mennyiségek - több száz kb-tól a technológiai maximumig.

NAND

Ahol rekord mennyiségű memóriára van szükség, a NAND flash nem versenyez. A NAND chipek mennyisége állandó növekedést mutatott, és 2012-ben a NAND rekordmennyiségű 128 GB-os 8 chipes mikroösszeállításonként (azaz az egyes chipek mennyisége 16 GB vagy 128 Gbit) [53] .

Először is, a NAND flash memóriát mindenféle mobil adathordozón és eszközön használják, amelyek működéséhez nagy mennyiségű tárhely szükséges. Alapvetően ezek minden típusú USB-kulcstartó és memóriakártya , valamint mobil eszközök, például telefonok, kamerák, médialejátszók.

A NAND flash memória lehetővé tette a szabványos operációs rendszereken alapuló számítástechnikai platformok miniatürizálását és költségeinek csökkentését fejlett szoftverekkel. Számos háztartási készülékbe kezdték beépíteni: mobiltelefonokba és TV-kbe, hálózati útválasztókba és hozzáférési pontokba, médialejátszókba és játékkonzolokba, képkeretekbe és navigátorokba.

A nagy olvasási sebesség vonzóvá teszi a NAND memóriát a merevlemez gyorsítótárazásához. Ugyanakkor az operációs rendszer a gyakran használt adatokat egy viszonylag kis szilárdtestalapú eszközön tárolja, és általános célú adatokat ír egy nagy lemezmeghajtóra [54] . Lehetőség van egy 4-8 GB-os flash puffer és egy mágneslemez kombinálására is egyetlen készülékben, hibrid merevlemezben (SSHD, Solid-state hibrid meghajtó).

Nagy sebességének, mennyiségének és kompakt méretének köszönhetően a NAND-memória aktívan felváltja a forgalomból más típusú adathordozókat. Először a hajlékonylemezek és hajlékonylemez - meghajtók [55] tűntek el, és a mágnesszalagos meghajtók népszerűsége csökkent . A mágneses adathordozók szinte teljesen kiszorultak a mobil- és médiaalkalmazásokból.

Szabványosítás Alacsony szintű interfészek

Az Open NAND Flash Interface (ONFI) a csomagok, interfészek, parancsrendszerek szabványosításával és a NAND flash memória chipek azonosításának kérdéseivel foglalkozik . Az első szabvány a 2006. december 28-án kiadott ONFI specifikáció 1.0 verziója [56] volt, majd az ONFI V2.0, V2.1, V2.2, V2.3, V3.0 (2011) [57] . Az ONFI csoportot az Intel , a Micron Technology , a Hynix és a Numonyx támogatja [58] .

A Samsung és a Toshiba saját, az ONFI alternatívájaként fejleszti a Toggle Mode DDR szabványt. Az első változat 2009-ben, a második 2010-ben jelent meg [57] .

Magas szintű interfészek

A memóriachipek közvetlen szabványosításán túlmenően a hosszú távú memóriához a közös digitális interfészekről való hozzáférést is formalizálják. Például a Nem felejtő memória gazdagépvezérlő interfész csoportja a PCI Express interfész szilárdtestalapú meghajtóinak szabványosításán dolgozik .

Az integrált memória- és vezérlőmegoldások mikroáramkörök formájában kitűnnek egymástól, például széles körben használják a beágyazott eMMC memóriát, amely az MMC - hez hasonló elektromos interfészt használ , de mikroáramkör formájában [59] . Ezt a felületet a JEDEC fejleszti .

A NAND piac

A NAND flash memória főbb gyártói: Micron/Intel, SK Hynix, Toshiba/SanDisk, Samsung. 2014-ben a piac mintegy 35-37%-át a Toshiba/SanDisk és a Samsung foglalja el. A szállítások 17%-át a Micron/Intel, további 10%-át a Hynix végzi. A NAND piac teljes méretét körülbelül 20-25 milliárd dollárra becsülik, évente 40-60 milliárd gigabájtot gyártanak, ennek negyede beépített eMMC memória. 2013-ban a memóriát elsősorban technikai folyamatok szerint gyártották 20-30 nm-es tartományban, 2014-ben a 19 nm-es memória lett egyre népszerűbb. A piac kevesebb mint 2%-át foglalta el a Samsung 3D-NAND memóriája, más gyártók 2015 közepétől tervezték a 3D NAND gyártását [38] .

A 2012-2014-ben szállított NAND-memória kevesebb mint 5%-a tartalmazott egybites cellákat (SLC), 75%-a kétbites memória (MLC), 15-25%-a pedig hárombites memória (TLC, főleg Samsung és Toshiba/SanDisk, 2014 és 2015 közepe között másokkal is) [38] .

A NAND flash memóriavezérlők főbb gyártói: Marvell, LSI-SandForce, NAND memóriagyártók is. Az eMMC vezérlőket (eMCP) a következő gyártók gyártják: Samsung, SanDisk, SK Hynix, Toshiba, Micron, Phison, SMI, Skymedi [38] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Simona Boboila, Peter Desnoyers. Írjon Endurance in Flash meghajtókat: Mérések és elemzés   // FAST . — San Jose, California: Northeastern University, 2010. Archiválva az eredetiből 2013. március 17-én.
  2. ↑ Hasso Plattner, Sándor. Zeier. Memórián belüli adatkezelés: technológia és alkalmazások . — SpringerLink : Bucher. - Springer, 2012. - P. 45. - 267 p. — ISBN 3-642-29575-4 . Archiválva : 2018. május 7. a Wayback Machine -nál
  3. ↑ 1 2 Kristian Vättö, Understanding TLC NAND Archivált : 2013. július 25. a Wayback Machine -nél // Anandtech, 2012. február 23.
  4. ↑ 1 2 iXBT.com :: Minden hír :: Az Intel és a Micron elsajátította a 3 bites NAND flash memória kiadását a 25 nm-es szabványok szerint  (elérhetetlen link)
  5. ↑ Dennis Martin. NAND Flash - Endurance . Demartek, Tárolási döntések Konferencia (2013. június 12.). — "Az MLC tipikus élettartama 10 000 vagy kevesebb írási ciklus  MLC-2: 3 000 - 10 000 írási ciklus  MLC-3: 300 - 3 000 írási ciklus". Letöltve: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. január 9..
  6. ↑ Samsung tömeggyártású, 128 GB-os 3 bites MLC NAND Flash Kevin Parrish // Tom's Hardware, 2013. április 11.
  7. ↑ A Samsung elindítja a sorozatgyártású SSD-k gyártását QLC V-NAND memórián . Letöltve: 2018. augusztus 8. Az eredetiből archiválva : 2018. augusztus 8..
  8. ↑ A Toshiba bemutatja a robusztus 16 Gb-os SLC NAND-ot . Letöltve: 2016. november 19. Az eredetiből archiválva : 2016. november 20.
  9. ↑ http://www.nuvoton.com/NuvotonMOSS/Community/ProductInfo.aspx?tp_GUID=d2589477-840d-4046-9c3a-2e0e457048b3 Archiválva : 2011. július 7., a Wayback Machine ISD ChipCor
  10. ↑ Thomas Schwarz. Az úszókapu alapjai . Letöltve: 2017. március 12. Az eredetiből archiválva : 2017. október 1..
  11. ↑ A Samsung 850 EVO második verziójának áttekintése: belül 48 rétegű TLC 3D V-NAND . Letöltve: 2016. július 11. Az eredetiből archiválva : 2016. július 8..
  12. ↑ A Samsung megkezdi a 3D flash memória tömeggyártását . Letöltve: 2016. november 19. Az eredetiből archiválva : 2016. november 12..
  13. ↑ A Toshiba új 3D NAND üzeme 2018 nyarán kezdi meg működését . Letöltve: 2016. november 19. Az eredetiből archiválva : 2016. november 20.
  14. ↑ A Toshiba elindítja a világ első 64 rétegű 3D flash memóriájának mintaszállítását . Letöltve: 2016. november 19. Az eredetiből archiválva : 2016. november 20.
  15. ↑ A Samsung megkezdi a 96 rétegű 3D NAND memória gyártását . Letöltve: 2018. augusztus 8. Az eredetiből archiválva : 2018. augusztus 8..
  16. ↑ A Samsung megkezdi a 136 rétegű 3D NAND és a 256 GB-os SSD sorozatgyártását új memórián . 2020. augusztus 4-i archív példány a Wayback Machine -nél // fcenter.ru
  17. ↑ Hogyan fér el 1 TB egy microSD-n? - Elemzés | Drider.ru . Letöltve: 2021. szeptember 7. Az eredetiből archiválva : 2021. szeptember 7..
  18. ↑ [1] Archivált : 2022. augusztus 3. a Wayback Machine -nél A világ első 232 rétegű NAND memóriája kiadva Archivált 2022. július 28-án a Wayback Machine -nél // 2022.07.28 .
  19. ↑ Az SK hynix kifejleszti a világ legmagasabb, 238 rétegű 4D NAND  flashjét . SK hynix (2022. augusztus 2.). Letöltve: 2022. augusztus 5. Az eredetiből archiválva : 2022. augusztus 5..
  20. ↑ Gennagyij Detinics. Az SK hynix megdöntötte a Micron rekordját, és bemutatta a világ legmagasabb, 238 rétegű flash memóriáját . 3DNews (2022. augusztus 3.). Letöltve: 2022. augusztus 5. Az eredetiből archiválva : 2022. augusztus 5..
  21. ↑ "NAND flash MCP (többlapkás csomag) 16 darabos NAND veremmel)  " . Letöltve: 2012. június 12. Az eredetiből archiválva : 2012. június 4..
  22. ↑ A SolidState Storage-ban használt NAND Flash-technológiák összehasonlítása Archiválva : 2016. március 4., a Wayback Machine , IBM 2010 "1. táblázat. Különböző technológiai csomópontok tartós teljesítménye"
  23. ↑ http://www.altec-cs.com/downloads/altec_white_paper/WP_Avoiding_premature_failures_of_NAND_Flash_memory_for_duplex-printing_e10.pdf Archivált : 2016. március 4. a Wayback Machinenél MLC és 3 bites MLC (TLC) NAND flash memória … néha csak 1000 P/E ciklust (MLC) és/vagy csak néhány száz P/E ciklust (TLC) tesz lehetővé flash memória cellánként a leromlás előtt”; "1. táblázat: Tipikus P/E ciklusok..."
  24. ↑ A flash memória 100 millió ciklust túlél – IEEE spektrum . Letöltve: 2012. december 4. Az eredetiből archiválva : 2012. december 4..
  25. ↑ Tervezési és használati szempontok a NAND Flash memóriához (lefelé irányuló kapcsolat) . Hozzáférés dátuma: 2012. október 15. Az eredetiből archiválva : 2011. július 19. 
  26. ↑ 1 2 Flash memória technológiai irány archiválva : 2014. szeptember 11., a Wayback Machine , Jim Cooke, 2007 Az olvasási zavarok csökkentése """ Ökölszabály a blokkonkénti túlzott olvasásokra az ERASE műveletek között: SLC - 1 000 000 OLVASÁSI ciklus; MLC – 100 000 OLVASÁSI ciklus"
  27. ↑ Solid State Drive (SSD) GYIK Archiválva : 2013. október 8. a Wayback Machine -nél // Dell: "6. Kihúztam az SSD-meghajtót és betettem a tárolóba. Meddig számíthatok arra, hogy a meghajtó megőrzi az adataimat anélkül, hogy vissza kellene dugni a meghajtót? … MLC-ben és SLC-ben ez akár 3 hónap is lehet, legjobb esetben pedig több mint 10 év.”
  28. ↑ Kawamatus, Tatsuya technológia a Nand Flash kezeléséhez . Hagiwara sys-com co., LTD. Elérés időpontja: 2011. augusztus 1.  (elérhetetlen link)
  29. ↑ 1 2 3 4 5 6 Technológiai ütemterv a NAND Flash memóriához (nem elérhető hivatkozás) . techinsights (2013. április). Letöltve: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. január 9.. 
  30. ↑ Clarke, Peter (2012. november 20.). "A Samsung 20 nm alá veszi a NAND memóriát" Archiválva : 2012. november 28. a Wayback Machine etimes.com oldalán. Letöltve: 2012. december 21.
  31. ↑ Anand, Lal Shimpi . Samsung SSD 840 EVO áttekintés: 120 GB, 250 GB, 500 GB, 750 GB és 1 TB, tesztelt modellek , AnandTech (2013. július 25.). Archiválva az eredetiből 2015. január 9-én. Letöltve : 2015. január 9. « A Samsung a legújabb NAND-folyamatát 10 nm-es osztálynak vagy 1x-nm-nek nevezi, amely 10 nm és 19 nm közötti méretekre utalhat, de hallottuk már 19 nm-es TLC néven is. »
  32. ↑ A Samsung 3D NAND SSD-t próbál ki . „ObjectiveAnalysis” (2014. július). Letöltve: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. január 9.. : " .A Samsung bemutatta 19 nm-es NAND-ját, és "10 nm-es osztályú" terméknek nevezte. A sajtó ismét félreértette és a világnak közvetítette, hogy a Samsung minden versenytársát megelőzte »
  33. ↑ A Samsung 840 EVO SSD-családja: Gyors, nagy és felelős , PCWorld (2013. július 25.). Archiválva az eredetiből 2015. január 9-én. Letöltve: 2015. január 9. : « a NAND előállításához használt 19 nm-es gyártási eljárás. A Samsung ezt valamiért 10 nm-es osztálynak, vagy 1x NAND-nak nevezi, de biztosítottak minket arról, hogy 19 nm. »
  34. ↑ A kiválasztott feltörekvő kutatási memóriatechnológiák potenciáljának és érettségének értékelése archiválva 2012. április 18-án a Wayback Machine -nél // ITRS 2010
  35. ↑ ORTC1 táblázat: 2013. évi ORTC technológiai trendcélok archiválva 2015. január 21-én a Wayback Machine -nél // ITRS az ITRS 2013 EDITION -ból Archiválva 2014. szeptember 21-én a Wayback Machine -nél
  36. ↑ 1 2 3 4 5 6 Technológiai ütemterv a NAND Flash memóriához (nem elérhető hivatkozás) . techinsights (2014. április). Letöltve: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. január 9.. 
  37. ↑ 1 2 Edward Grochowski, Robert E. Fontana, A NAND Flash- és HDD-termékek jövőbeli technológiai kihívásai Archiválva 2015. január 9-én a Wayback Machine -n // Flash Memory Summit, 2012  : 6. dia "Vezetett NAND Flash memória áramkör sűrűség ütemterve»
  38. ↑ 1 2 3 4 5 Sean Yang. Ellátási dinamika: Korlátozott növekedés és állandó részesedés. Piaci részesedés (termelési bázis  ) . 2014-es NAND Flash Market frissítés. Kereslet, kínálat és azon túl . TrendForce. Hozzáférés dátuma: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. január 13.
  39. ↑ Jeongdong Choe (TechInsights) . Vezető NAND Flash Memories  (angol) összehasonlítása , EETimes (2013. július 25.). Az eredetiből archiválva: 2015. január 12. Letöltve : 2015. január 11.  „Minden NAND gyártó légrés eljárást alkalmazott a nagy teljesítmény és megbízhatóság elérése érdekében. A Toshiba 19 nm-es NAND készülékén légrés-eljárást alkalmazott, míg a Samsung 21 nm-en. Az IMFT a 25 nm-es NAND technológiája óta kiforrottabb légrés eljárást alkalmazott mind a wordline-, mind a bitline-struktúrában."
  40. ↑ Nirmal Ramaswamy, Thomas Graettinger, (Micron) . NAND vaku skálázás: 20 nm-es csomópont és az alatt. Íme néhány alapvető cellatervezési kérdés, amelyeket figyelembe vettek és megválaszoltak a planáris cellás technológia eléréséhez.  (angol) , EE Times-Asia (2013. július 5.). Az eredetiből archiválva: 2015. január 12. Letöltve : 2015. január 11.  "Ez már a 25 nm-es csomópontnál problémássá vált, és a cellák közötti légrés kialakítását igényli az interferencia csökkentése érdekében".
  41. ↑ Peter Clarke . NAND, DRAM 3D-Transition Roadmaps  (angol) , EETimes (2014. augusztus 25.). Az eredetiből archiválva: 2015. január 12. Letöltve: 2015. január 11.
  42. ↑ Dick James . The Second Shoe Drops – Samsung V-NAND Flash  (angol) , ChipWorks (2014. augusztus 5.). Archiválva az eredetiből 2015. január 1-jén. Letöltve: 2015. január 11.
  43. ↑ Rick Merritt . Samsung Tips 3 bites függőleges NAND. A koreai óriás elindította az intelligens tárolási kezdeményezést  (angolul) , az EETimes (2014. augusztus 5.). Az eredetiből archiválva : 2015. január 13. Letöltve: 2015. január 11.
  44. ↑ Lal Shimpi, Anand . Micron ClearNAND: 25 nm + ECC, küzd a növekvő hibaarányok ellen , Anandtech (2010. december 2.). Az eredetiből archiválva: 2010. december 3. Letöltve: 2010. december 2.
  45. ↑ Ed Oswald . A jelenlegi szilárdtestalapú meghajtó technológia kudarcra van ítélve, mondja a Microsoft Research , ExtremeTech  ( 2012. február 20.). Archiválva az eredetiből 2015. január 9-én. Letöltve: 2015. január 9.
  46. ↑ Grupp, Laura M., John D. Davis, Steven Swanson. A NAND Flash Memory sivár jövője  // A 10. USENIX fájl- és tárolási technológiákról szóló konferencia anyaga. - USENIX Egyesület, 2012. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 6..
  47. ↑ Kim, Kinam; Koh, Gwan-Hyeob. Jövő memóriatechnológiája, beleértve a feltörekvő új  emlékeket . - Szerbia és Montenegró: A 24. Nemzetközi Mikroelektronikai Konferencia anyaga, 2004. - P. 377-384.
  48. ↑ Tom Coughlin; Ed Grochowski. Köszönjük az emlékeket : Feltörekvő nem felejtő memóriatechnológiák  . Coughlin Associates; SNIA 2014 Storage Developer Conference (2014. szeptember 15.). Hozzáférés dátuma: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2015. január 13.
  49. ↑ A feltörekvő nem felejtő memóriatechnológiák áttekintése Archiválva : 2022. május 16., a Wayback Machine // Nanoscale Res Lett. 2014; 9(1): 526. 2014. szeptember 25. doi:10.1186/1556-276X-9-526
  50. ↑ Vakukopásszint-kiegyenlítés . Letöltve: 2013. március 22. Az eredetiből archiválva : 2016. június 24..
  51. ↑ ELJonline: Flash-fájlrendszerek beágyazott Linux-rendszerekhez - Linux eszközökhöz cikkek - Linux eszközökhöz (lefelé hivatkozás) . Letöltve: 2007. december 12. Az eredetiből archiválva : 2012. december 5.. 
  52. ↑ Bemutatjuk a YAFFS-t, az első NAND-specifikus flash fájlrendszert - Hírek - Linux for Devices (downlink) . Letöltve: 2007. december 12. Az eredetiből archiválva : 2012. szeptember 12.. 
  53. ↑ [ "Nyolc kombinálható... 128 GB-os flash memória chip előállítására)"  (angol) (elérhetetlen link) . Letöltve: 2012. június 12. Az eredetiből archiválva : 2012. április 27..   „ Nyolc kombinálható… 128 GB-os flash memória chip előállításához  ]
  54. ↑ ReadyBoost – USB-kulcs használata a Windows Vista felgyorsításához – Tom Archer blogja – Webhely főoldala – MSDN blogok . Letöltve: 2007. december 12. Az eredetiből archiválva : 2006. május 23..
  55. ↑ RIP Floppy Disk archiválva 2009. február 16-án a Wayback Machine -nél // BBC NEWS, Egyesült Királyság, 2003. április 1.
  56. ↑ ONFI 1.0 (lefelé irányuló kapcsolat) . Letöltve: 2007. december 12. Az eredetiből archiválva : 2007. november 28.. 
  57. ↑ 1 2 3. kiállítás: NAND Flash interfész szabványok fejlesztése különböző manufaktúrákban  . 2012-es NAND Flash piaci éves jelentés. iparági elemzési jelentés . ChinaFlashMarket.com (2013. január 13.). Hozzáférés dátuma: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 1..
  58. ↑ ONFI tagok (elérhetetlen link) . Letöltve: 2007. december 12. Az eredetiből archiválva : 2007. október 16.. 
  59. ↑ NAND Flash kapcsolódó termékalkalmazások  piaca . 2012-es NAND Flash piaci éves jelentés. iparági elemzési jelentés . ChinaFlashMarket.com (2013. január 13.). Hozzáférés dátuma: 2015. január 9. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 1..

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 Memóriakártyák
Főbb cikkek
Típusok
 Mikrokontrollerek
Építészet
8 bites
16 bites
32 bites
Gyártók
Alkatrészek
Periféria
Interfészek
OS
Programozás