Flash- память

1. Flash-память Преимущества и недостатки

2. Введение • Современный человек не в состоянии жить без информации. Но информация имеет такую особенность — ее надо где–то хранить. Систем хранения информации сейчас довольно много. Ее можно хранить на магнитных носителях, можно хранить на оптических и магнитооптических носителях. Но перед человеком в наше время также стоит довольно важная проблема — перенос информации из одного места в другое, а также не менее важная проблема хранения информации, и как следствие, надежность носителей. Именно поэтому так быстро развивались технологии, связанные с хранением информации. Но именно здесь встает несколько проблем. Первая — это энергопотребление. Современной техника, такая как карманные компьютеры или MP3-плееры, обладает довольно ограниченными энергетическими ресурсами. Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Поэтому требовался носитель, который будет энергонезависимым при хранении и малопотребляющим энергию при записи и считывании информации. И тут хорошим выходом стала флэш–память. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. И это еще одно преимущество данного типа памяти. Так что же такое Flash память, каковы ее преимущества и недостатки?

3. Что такое flash-память? • Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. • Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи). • Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных. • Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip). • В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации.

4. Появилась же flash-память благодаря усилиям японских ученых. В 1984 г. компания Toshiba объявила о создании нового типа запоминающих устройств, а годом позже начала производство микросхем емкостью 256 Кbit. Правда, событие это, вероятно в силу малой востребованности в то время подобной памяти, не всколыхнуло мировую общественность. Второе рождение flash-микросхем произошло уже под брэндом Intel в 1988 г., когда мировой гигант радиоэлектронной промышленности разработал собственный вариант flash-памяти. Однако в течение почти целого десятилетия новинка оставалась вещью, широко известной лишь в узких кругах инженеров-компьютерщиков. И только появление малогабаритных цифровых устройств, требовавших для своей работы значительных объемов памяти, стало началом роста популярности flash-устройств. Начиная с 1997 г. flash-накопители стали использоваться в цифровых фотоаппаратах, потом “ареал обитания” твердотельной памяти с возможностью хранения и многократной перезаписи данных стал охватывать MP3-плейеры, наладонные компьютеры, цифровые видеокамеры и прочие миниатюрные “игрушки” для взрослых любителей цифрового мира.

5. ."Что в имени тебе моем?" Кстати сказать, как до сих пор идут споры о том, какой же все-таки год, 1984 или 1988-й, нужно считать временем появления “настоящей” flash-памяти, точно так же споры вызывает и происхождение самого термина flash, применяемого для обозначения этого класса устройств. Если обратиться к толковому словарю, то выяснится многозначность слова flash. Оно может обозначать короткий кадр фильма, вспышку, мелькание или отжиг стекла. Согласно основной версии, термин flash появился в лабораториях компании Toshiba как характеристика скорости стирания и записи микросхемы флэш-памяти “in a flash”, то есть в мгновение ока. С другой стороны, причиной появления термина может быть слово, используемое для обозначения процесса “прожигания” памяти ПЗУ, который достался новинке в наследство от предшественников. В английском языке “засвечивание” или “прожигание” микросхемы постоянного запоминающего устройства обозначается словом flashing. По третьей версии слово flash отражает особенность процесса записи данных в микросхемах этого типа. Дело в том, что, в отличие от прежнего ПЗУ, запись и стирание данных во flash-памяти производится блоками-кадрами, а термин flash как раз и имеет в качестве одного из значений – короткий кадр фильма.

6. Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом тунеллирования. Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1". Организация flash-памяти

7. Общий принцип работы ячейки флэш-памяти. Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает. При программировании на сток и управляющий затвор подаётся высокое напряжение (причём на управляющий затвор напряжение подаётся приблизительно в два раза выше). "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт-амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют "горячими" за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика.

8. История • 1955 — память на магнитных ядрах имеет тот же принцип чтения записи, что и MRAM • 1989 — учёные IBM сделали ряд ключевых открытий о «гигантском магниторезистивном эффекте» в тонкоплёночных структурах. • 2000 — IBM и Infeneon установили общую программу развития MRAM. • 2002 — NVE объявляет о Технологическом Обмене с Cypress Semiconductor. • 2003 — 128 кбит чип MRAM был представлен, изготовленный по 0,18 микрометров технологии. • 2004 • Июнь — Infeneon анонсирует 16-Мбит опытный образец, основанный на 0,18 микрометров технологии • Сентябрь — MRAM становится стандартным продуктом в Freescale, которая начала испытывать MRAM. • Октябрь — Тайваньские разработчики MRAM печатают 1 Мбит элементы на TSMC. • Октябрь — Micron бросает MRAM, обдумывает другие памяти. • Декабрь — TSMC, NEC, Toshiba описывают новые ячейки MRAM. • Декабрь — Renesas Technology разрабатывают Высокоскоростную, Высоконадёжную Технологию MRAM. • 2005 • Январь — Cypress испытывает MRAM, использует NVE IP. • Март — Cypress продаёт дочернюю компанию MRAM. • Июнь — Honeywell сообщает таблицу данных для 1-Мбит радиационно-устойчивой MRAM, используя 0,15 микрометров технологию. • Август — рекорд MRAM: • Ячейка памяти работает на 2ГГц. • Ноябрь — Renesas Technology и Grandis сотрудничают в Разработке 65 нм MRAM, применяя Вращательно Крутящее Перемещение. • Декабрь — Sony представляет первую лабораторию производящую вращательно-крутящее-перемещение MRAM, которая использует вращательно-поляризованный ток через туннельный магниторезистивный слой записать данные. Этот метод потребляет меньше энергии и более расширяемый чем обыкновенная MRAM. C дальнейшими преимуществами в материалах, этот процесс должен позволять для плотностей больших чем те возможные в DRAM. • Декабрь — Freescale Semiconductor Inc. анонсирует MRAM, которая использует магниевый оксид, лучше, чем алюминиевый оксид, позволяющий делать тоньше изолирующий туннельный барьер и улучшенное битовое сопротивление в течение цикла записи, таким образом, уменьшая требуемый ток записи. • 2006 • Февраль — Toshiba и NEC анонсировали 16 Мбит чип MRAM с новой «энерго-разветвляющейся» конструкцией. Они добились частоты перемещения в 200 МБ/с, с временем цикла 34 нс — лучшая производительность любого чипа MRAM. Они также гордятся наименьшим физическим размером в своём классе — 78,5 квадратных миллиметров — и низким требованием энергии 1,8 вольт. • Июль — 10 Июля, Austin Texas — Freescale Semiconductor начинают торговать 4-Mbit чипами MRAM, которые продаются приблизительно за $25.00 за чип.

9. Вместо заключения • Подводя итог всему вышесказанному, нужно признать непреложный факт: flash-память – штука удобная и чрезвычайно полезная. Объединяя в себе черты, присущие одновременно и постоянной и оперативной памяти, “флэшки” способны восполнить нехватку “мозгов” у малогабаритных цифровых устройств, обеспечивая их владельцев практически неограниченными возможностями по хранению необходимых данных, объем которых ограничен лишь количеством имеющихся в наличии flash-накопителей. Одно плохо – не обошлось и тут без недостатков. Во-первых, форматов flash-устройств много, что накладно для владельца разнородных гаджетов, а во-вторых, все-таки ограничение на количество циклов перезаписи – свойство вполне реальное. Однако ж недостатки, как известно, существуют лишь для того, чтобы подчеркнуть достоинства, а их у flash-устройств много