Flash-память Преимущества и недостатки

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?

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.

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.

."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.

Организация flash-памяти 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.записитуннелирования Стирание Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1".

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.

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 IBM и Infeneon установили общую программу развития MRAM NVE объявляет о Технологическом Обмене с Cypress Semiconductor кбит чип MRAM был представлен, изготовленный по 0,18 микрометров технологии 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.TSMC Октябрь Micron бросает MRAM, обдумывает другие памяти.Micron Декабрь TSMC, NEC, Toshiba описывают новые ячейки MRAM.TSMCNECToshiba Декабрь Renesas Technology разрабатывают Высокоскоростную, Высоконадёжную Технологию MRAM 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 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.

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