Flash-память

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 флэшпамяти 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 flashпамяти. 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. flashнакопители 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.
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".
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.
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.
 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 flashнакопителей. 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