Flash-Speicher

Flash-Speicher ist ein elektronisch nicht flüchtig Computerspeicher Speichermedium Das kann elektrisch gelöscht und neu programmiert werden. Die beiden Haupttypen von Flash -Speicher, Noch Blitz und Nand Flash, werden nach dem benannt NOCH und NAND Logik -Tore. Beide verwenden das gleiche Zelldesign, das aus schwimmendes Tor besteht Mosfets. Sie unterscheiden sich auf der Schaltungsebene, je nachdem, ob der Status der Bitlinie oder der Wortlinien hoch oder niedrig gezogen wird: Im NAND -Blitz ähnelt die Beziehung zwischen der Bitlinie und den Wortzeilen einem NAND -Tor; In Nor Flash ähnelt es einem Nor -Gate.

Flash -Speicher, eine Art von Art von schwebendes Gebiet Erinnerung wurde erfunden bei Toshiba 1980 und basiert auf Eeprom Technologie. Toshiba begann 1987 mit dem Marketing von Flash -Speicher.^[1] Eproms musste vollständig gelöscht werden, bevor sie neu geschrieben werden konnten. Der NAND -Flash -Speicher kann jedoch in Blöcken (oder Seiten) gelöscht, geschrieben und gelesen werden, die im Allgemeinen viel kleiner sind als das gesamte Gerät. Noch Flash -Speicher ermöglicht eine einzelne Maschinenwort zu schreiben - an einen gelöschten Ort - oder unabhängig lesen. Ein Flash -Speichergerät besteht normalerweise aus einem oder mehreren Blitz Speicher Chips (jeweils viele Flash -Speicherzellen) zusammen mit einem separaten Flash -Speichercontroller Chip.

Der NAND -Typ findet sich hauptsächlich in Speicherkarten, USB -Flash -Laufwerke, Solid State Drives (die seit 2009 produzierten), Feature -Telefone, Smartphonesund ähnliche Produkte für die allgemeine Speicherung und Übertragung von Daten. NAND oder NOR FLASH-Speicher wird häufig auch zum Speichern von Konfigurationsdaten in zahlreichen digitalen Produkten verwendet, eine Aufgabe, die zuvor durch EEPROM oder Batterieantrieb ermöglicht wurde statischer Widder. Ein wichtiger Nachteil des Flash -Speichers ist, dass er nur eine relativ kleine Anzahl von Schreibzyklen in einem bestimmten Block ertragen kann.^[2]

Flash-Speicher ^[3] wird in verwendet Computers, PDAs, Digitale Audiospieler, Digitalkameras, Mobiltelefone, Synthesizer, Videospiele, Wissenschaftliche Instrumentierung, Industriemannte Robotik, und Medizinische Elektronik. Der Flash -Speicher hat schnell gelesen Zugriffszeit, aber es ist nicht so schnell wie statischer Ram oder ROM. In tragbaren Geräten wird es bevorzugt Festplatten wegen seiner mechanischen Stoßwiderstand.

Da die ERASE-Zyklen langsam sind, bieten die großen Blockgrößen, die in der Löschung des Flash-Speichers verwendet werden, einen erheblichen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber dem Nicht-Flash-EEPROM beim Schreiben großer Datenmengen. Ab 2019,^{[aktualisieren]} Flash -Speicher kostet viel weniger^{[von wie viel?]} als byteprogrammierbares EEPROM und war der dominierende Gedächtnistyp geworden, wo immer ein System eine erhebliche Menge an nichtflüchterndem erforderte Festkörperlagerung. EEPROMs werden jedoch weiterhin in Anwendungen verwendet, die nur geringe Speichermengen benötigen, wie in serielle Präsenz Nachweis.^[4][5]

Flash -Speicherpakete können verwendet werden Stapelung mit Durch-Silizium-Vias und mehrere Dutzend Schichten von 3D TLC NAND -Zellen (pro Stanz) gleichzeitig, um Kapazitäten von bis zu 1 zu erreichen Tebibyte pro Paket mit 16 gestapelten Stimmungen und einem integrierten Flash Controller als separate Sterbe im Paket.^[6][7][8][9]

Geschichte

Hintergrund

Die Ursprünge des Flash -Speichers können auf die Entwicklung der zurückgeführt werden Floating-Gate MOSFET (FGMOs), auch als schwebender Gate-Transistor bekannt.^[10][11] Das Original Mosfet (Metalle-Oxid-Semiconductor-Feldeffekttransistor), auch bekannt als MOS-Transistor, wurde vom ägyptischen Ingenieur erfunden Mohamed M. Atalla und koreanischer Ingenieur Dawon Kahng bei Bell Labs 1959.^[12] Kahng entwickelte eine Variation, das schwimmende Mosfet, mit chinesischem Ingenieur Simon Min Sze 1967 bei Bell Labs.^[13] Sie schlugen vor, dass es als schwimmendes Gate verwendet werden könnte Gedächtniszellen für die Speicherung einer Form von programmierbar Nur-Lese-Speicher (ABSCHLUSSBALL) Das ist sowohl nichtflüchtig als auch neuprogrammierbar.^[13]

Frühe Arten des schwebenden Gate-Gedächtnisses umfassten in den 1970er Jahren EPROM (ERASABLE PROM) und EEPROM (Electrical Eroberable Prom).^[13] Früher schwimmender Gedächtnis mussten die Ingenieure jedoch jeweils eine Speicherzelle bauen bisschen von Daten, die sich als umständlich erwiesen haben,^[14] langsam,^[15] und teuer, das schwebende Gate-Speicher auf Nischenanwendungen in den 1970er Jahren einschränken, wie z. militärische Ausrüstung und das früheste experimentelle Mobiltelefone.^[10]

Erfindung und Kommerzialisierung

Fujio Masuokawährend der Arbeit für Toshiba, schlug eine neue Art des schwimmenden Speicherspeichers vor, der es ermöglichte, die gesamten Speicherabschnitte schnell und einfach zu löschen, indem eine Spannung auf einen einzelnen Draht angewendet wurde, der an eine Gruppe von Zellen angeschlossen ist.^[10] Dies führte 1980 zu Masuokas Erfindung des Flash -Gedächtnisses bei Toshiba.^[14][16][17] Laut Toshiba wurde der Name "Flash" von Masuokas Kollege Shōji Ariizumi vorgeschlagen, weil der Löschprozess des Gedächtnisinhalts ihn an die erinnerte Blitz einer Kamera.^[18] Masuoka und Kollegen präsentierten die Erfindung von NOCH Flash im Jahr 1984,^[19][20] und dann NAND blinkt am IEEE 1987 International Electron Devices Meeting (IED) in San Francisco.^[21]

Toshiba hat 1987 den NAND Flash Memory kommerziell gestartet.^[1][13] Intel Corporation stellte 1988 den ersten kommerziellen oder Typ -Flash -Chip vor.^[22] Nor-basierte Flash hat lange Zeit- und Schreibzeiten, bietet jedoch vollständige Adress- und Datenbusse, was zulässt Zufallszugriff zu einem beliebigen Speicherort. Dies macht es zu einem geeigneten Ersatz für älter Nur-Lese-Speicher (ROM) Chips, die zum Speichern von Programmcode verwendet werden, die selten aktualisiert werden müssen, z. B. ein Computer BIOS oder der Firmware von Set-Top-Boxen. Seine Ausdauer kann von nur 100 Löschzyklen für einen On-Chip-Flash-Speicher sein.^[23] zu typischen 10.000 oder 100.000 Löschzyklen, bis zu 1.000.000 Löschzyklen.^[24] Norbasierte Flash war die Grundlage für frühes Flash-basierte abnehmbare Medien. Compactflash wurde ursprünglich darauf basiert, obwohl spätere Karten auf günstigere NAND -Flash wechselten.

NAND Flash hat die Lösch- und Schreibzeiten verringert und benötigt weniger Chip -Bereich pro Zelle, wodurch eine höhere Speicherdichte und niedrigere Kosten pro Bit als NOW NOW -Flash ermöglicht werden. Die E/A-Schnittstelle von NAND Flash liefert jedoch keinen zufälligen externen Adressbus. Vielmehr müssen Daten blockig gelesen werden, wobei typische Blockgrößen von Hunderten bis Tausenden von Bits. Dies macht NAND-Flash als Drop-In-Ersatz für das Programm ROM ungeeignet, da die meisten Mikroprozessoren und Mikrocontroller mit dem Zufallszugriff auf Byte-Ebene erforderlich sind. In dieser Hinsicht ähnelt Nand Flash anderen Sekundär Datenspeichergerätewie Festplatten und Optische Medienund ist daher sehr geeignet für die Verwendung in Massen-Storage-Geräten, wie z. Speicherkarten und Solid State Drives (SSD). Flash -Speicherkarten und SSDS speichern Daten mit mehreren NAND -Flash -Speicherchips.

Das erste abnehmbare Speicherkartenformat auf NAND-basierten war SmartMedia, veröffentlicht 1995. Viele andere folgten, einschließlich Multimediacard, Sichern digital, Speicherstick, und XD-Bildkarte.

Spätere Entwicklungen

Eine neue Generation von Speicherkartenformaten, einschließlich RS-MMC, Minisd und microSD, haben extrem kleine Formfaktoren. Zum Beispiel hat die microSD -Karte einen Bereich von etwas mehr als 1,5 cm²mit einer Dicke von weniger als 1 mm.

NAND Flash hat ein erhebliches Speicherniveau erreicht Dichte Infolge mehrerer wichtiger Technologien, die in den späten 2000er bis frühen 2010er Jahren kommerzialisiert wurden.^[25]

Multi-Level-Zelle (MLC) Technologie speichert mehr als eins bisschen in jedem Speicherzelle. NEC gezeigt Multi-Level-Zelle (MLC) -Technologie im Jahr 1998 mit einer 80 Mb Flash -Speicherchip speichert 2 Bit pro Zelle.^[26] Stmicroelectronics auch MLC im Jahr 2000 mit einem 64 gezeigt Mb Noch Blitz Speicherkarte.^[27] Im Jahr 2009, Toshiba und Sandisk Einführte NAND -Flash -Chips mit der QLC -Technologie, die 4 Bit pro Zelle speichert und eine Kapazität von 64 hält Gbit.^[28][29] Samsung Electronics eingeführt Dreifachzelle (TLC) -Technologie, die 3 Bit pro Zelle lagert und 2010 mit Massenproduzierung mit NAND-Chips mit TLC-Technologie begann.^[30]

Fallenblitz aufladen

Fallenblitz aufladen (CTF) -Technologie ersetzt das Polysilicon -schwimmende Gate, das zwischen einem Blockiergoroxid oben und einem Tunneloxid darunter liegt, mit einer elektrisch isolierenden Siliziumnitridschicht; Die Siliziumnitridschicht -Elektronen fängt Elektronen ein. Theoretisch ist CTF weniger anfällig für Elektronenleckage und bietet eine verbesserte Datenbindung.^{[31][32][33][34][35][36]}

Da CTF das Polysilicium durch ein elektrisch isolierendes Nitrid ersetzt, ermöglicht es kleinere Zellen und höhere Ausdauer (geringere Abbau oder Verschleiß). Elektronen können jedoch im Nitrid eingeschlossen und ansammeln, was zu einer Verschlechterung führt. Die Leckage wird bei hohen Temperaturen verschärft, da Elektronen mit zunehmenden Temperaturen stärker hervorgerufen werden. Die CTF -Technologie verwendet jedoch weiterhin ein Tunneloxid und eine Blockierungsschicht, die die Schwachstellen der Technologie sind, da sie immer noch auf übliche Weise beschädigt werden können (das Tunneloxid kann aufgrund von extrem hohen elektrischen Feldern und der Blockierungsschicht aufgrund von Anode abgebaut werden Heiße Lochinjektion (Ahhi).^[37][38]

Der Abbau oder Verschleiß der Oxide ist der Grund, warum Flash -Speicher nur eine begrenzte Ausdauer aufweist und die Datenretention (das Potenzial für Datenverlust zunimmt) mit zunehmendem Abbau, da die Oxide ihre elektrisch isolierenden Eigenschaften beim Abbau verlieren. Die Oxide müssen gegen Elektronen isolieren, um zu verhindern, dass sie undicht werden, was zu Datenverlust führen würde.

1991, NEC Forscher wie N. Kodama, K. Oyama und Hiroki Shirai beschrieben eine Art Flash -Speicher mit einer Ladungsfallenmethode.^[39] Im Jahr 1998 war Boaz Eitan von Saifun -Halbleiter (später erworben von Spansion) patentiert Eine Flash -Speicher -Technologie namens NROM, die eine Ladungsfallenschicht nutzte, um den konventionellen Ersatz zu ersetzen schwimmendes Tor Wird in herkömmlichen Flash -Speicherdesigns verwendet.^[40] Im Jahr 2000 ein moderne Mikrogeräte (AMD) Forschungsteam unter der Leitung von Richard M. Fastow, dem ägyptischen Ingenieur Khaled Z. Ahmed und dem jordanischen Ingenieur Sameer Haddad (der später Spansion anschloss) zeigte einen Ladungsfassenden-Mechanismus für Nor Flash-Speicherzellen.^[41] CTF wurde später von AMD und kommerzialisiert Fujitsu in 2002.^[42] 3d V-NAND (vertikale NAND) -Technologie -Stapel NAND Flash -Speicherzellen vertikal in einem Chip mit 3D -Ladungsfallen -Flash (CTP) -Technologie. Die 3D V-NAND-Technologie wurde 2007 erstmals von Toshiba angekündigt.^[43] und das erste Gerät mit 24 Schichten wurde zuerst von kommerzialisiert von Samsung Electronics im Jahr 2013.^[44][45]

3D Integrierte Schaltungstechnologie

3D -integrierte Schaltung (3D IC) Technologiestapel Integrierter Schaltkreis (IC) Chips vertikal in ein einzelnes 3D -IC -Chippaket.^[25] Toshiba stellte im April 2007 die 3D -IC -Technologie in NAND Flash Memory ein, als sie 16 debütierten Gb EMMC -konform (Produktnummer thgam0g7d8dbai6, oft abgekürzte THGAM auf Verbraucherwebsites) eingebetteter NAND Flash Memory Chip, der mit acht gestapelten 2 hergestellt wurde GB Nand Flash Chips.^[46] Im September 2007, Hynix Semiconductor (jetzt SK Hynix) Einführte 24-Layer-3D-IC-Technologie mit 16 GB -Flash -Speicherchip, der mit 24 gestapelten NAND -Flash -Chips mit einem Wafer -Bindungsprozess hergestellt wurde.^[47] Toshiba verwendete auch einen achtschichtigen 3D-IC für ihre 32 GB THGBM -Flash -Chip im Jahr 2008.^[48] Im Jahr 2010 verwendete Toshiba für ihre 128 einen 16-layer-3D-IC GB THGBM2 Flash -Chip, der mit 16 gestapelten 8 hergestellt wurde GB -Chips.^[49] In den 2010er Jahren kam 3D ICs in weit verbreiteter kommerzieller Nutzung für NAND Flash -Speicher in in die weit verbreitete Nutzung mobile Geräte.^[25]

Ab August 2017 Karten mit einer Kapazität von bis zu 400 Karten mit einer Kapazität von bis zu 400 Gb (400 Milliarden Bytes) sind verfügbar.^[50][51] Im selben Jahr kombinierte Samsung 3D-IC-Chip-Stapel mit seinen 3D V-NAND- und TLC-Technologien zur Herstellung seiner 512 GB KLUFG8R1EM-Flash-Speicherchip mit acht gestapelten 64-Schicht-V-NAND-Chips.^[52] Im Jahr 2019 produzierte Samsung einen 1024 Gb Flash-Chip mit acht gestapelten 96-Schicht-V-NAND-Chips und mit QLC-Technologie.^[53][54]

Funktionsprinzipien

Flash -Speicher speichert Informationen in einer Reihe von Speicherzellen aus schwimmende Gate-Transistoren. Im einstufige Zelle (SLC) Geräte, jede Zelle speichert nur ein Stück Informationen. Multi-Level-Zelle (MLC) Geräte, einschließlich Dreifachzelle (TLC) Geräte können mehr als ein Bit pro Zelle speichern.

Das schwimmende Tor kann leitfähig sein (typischerweise Polysilicium in den meisten Arten von Flash-Speicher) oder nicht leitend (wie in Sonos Flash-Speicher).^[55]

Schwimmend-gate MOSFET

Im Flash -Speicher ähnelt jede Speicherzelle einem Standard Metal-Oxid-Jemonial-Feld-Effekt-Transistor (MOSFET), außer dass der Transistor zwei Tore anstelle eines hat. Die Zellen können als elektrischer Schalter gesehen werden, bei dem der Strom zwischen zwei Klemmen (Quelle und Abfluss) fließt und durch ein schwimmendes Tor (FG) und ein Steuertor (CG) gesteuert wird. Das CG ähnelt dem Tor in anderen MOS -Transistoren, aber darunter gibt es die FG -Isolierung durch eine Oxidschicht. Die FG wird zwischen dem CG und dem MOSFET -Kanal interponiert. Da die FG durch seine Isolierschicht elektrisch isoliert ist, sind die auf sie platzierten Elektronen eingeschlossen. Wenn die FG mit Elektronen belastet ist, ist diese Ladung Bildschirme das elektrisches Feld Aus dem CG erhöhen Grenzspannung (V_T1) der Zelle. Dies bedeutet, dass jetzt eine höhere Spannung (v_T2) muss auf die CG angewendet werden, um den Kanal leitend zu machen. Um einen Wert aus dem Transistor zu lesen, eine Zwischenspannung zwischen den Schwellenspannungen (v_T1 & V_T2) wird auf den CG angewendet. Wenn der Kanal an dieser Zwischenspannung durchgeführt wird, muss die FG nicht aufgeladen werden (wenn er aufgeladen würde, würden wir keine Leitung erhalten, da die Zwischenspannung geringer ist als V._T2) und daher wird ein logisches "1" im Tor gespeichert. Wenn der Kanal nicht an der Zwischenspannung durchgeführt wird, zeigt er an, dass die FG aufgeladen ist und daher ein logisches "0" im Tor gespeichert wird. Das Vorhandensein eines logischen "0" oder "1" wird durch die Bestimmung erkennen, ob der Strom durch den Transistor fließt, wenn die Zwischenspannung auf dem CG geltend gemacht wird. In einem mehrstufigen Zellgerät, das mehr als eines speichert bisschen Pro Zelle wird die Menge des Stromflusses (anstelle seines Vorhandenseins oder seiner Abwesenheit) erfasst, um den Ladungsgrad der FG genauer zu bestimmen.

Schwimmende Gate -MOSFETs werden so benannt, weil zwischen dem schwimmenden Tor und dem Silizium eine elektrisch isolierende Tunnoxidschicht vorhanden ist, sodass das Tor über dem Silizium "schwimmt". Das Oxid hält die Elektronen auf das schwimmende Tor beschränkt. Abbau oder Verschleiß (und die begrenzte Ausdauer des schwimmenden Gate -Flash -Speichers) tritt aufgrund des extrem hohen elektrisches Feld (10 Millionen Volt pro Zentimeter) erlebt das Oxid. Solche Hochspannungsdichten können atomare Bindungen im Laufe der Zeit im relativ dünnen Oxid brechen, seine elektrisch isolierenden Eigenschaften allmählich beeinträchtigen und die Elektronen eingeschlossen werden und frei durch das schwimmende Tor in das Oxid gelangen, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Datenverlusts erhöht wird Da die Elektronen (deren Menge verwendet wird, um unterschiedliche Ladungsniveaus darzustellen, die jeweils einer anderen Kombination von Bits im MLC -Blitz zugeordnet sind) normalerweise im schwimmenden Tor. Aus diesem Grund sinkt die Datenbindung und das Risiko eines Datenverlusts steigt mit zunehmendem Abbau an.^{[56][57][35][58][59]}

Fowler -Nordheim -Tunneling

Der Prozess des Bewegens von Elektronen vom Steuertor in das schwimmende Tor wird genannt Fowler -Nordheim -Tunnelingund es verändert grundsätzlich die Eigenschaften der Zelle, indem es die Schwellenspannung des MOSFET erhöht. Dies verändert wiederum den Drain-Source-Strom, der für eine bestimmte Gate-Spannung durch den Transistor fließt, der letztendlich zur Codierung eines Binärwerts verwendet wird. Der Fowler-Nordheim-Tunneleffekt ist reversibel, sodass Elektronen zu dem schwimmenden Tor hinzugefügt werden oder entfernt werden können, und Prozesse, die traditionell als Schreiben und Löschen bezeichnet werden.^[60]

Interne Ladungspumpen

Trotz der Notwendigkeit eines relativ hohen Programmier- und Löschungsspannungen benötigen praktisch alle Flash-Chips heute nur eine einzelne Versorgungsspannung und produzieren die Hochspannungen, die mit On-Chip erforderlich sind Ladepumpen.

Über die Hälfte der Energie, die von einem 1,8 -V -NAND -Flash -Chip verwendet wird, geht in der Ladungspumpe selbst verloren. Seit Boost -Konverter sind von Natur aus effizienter als Ladungspumpen, Forscher entwickeln sich geringer Strom SSDs haben vorgeschlagen, zu den Doppel -VCC/VPP -Versorgungsspannungen zurückzukehren, die bei allen frühen Blitzchips verwendet werden, und die hohe VPP -Spannung für alle Blitzchips in einem SSD mit einem einzigen gemeinsam genutzten externen Boost -Konverter treibt.^{[61][62][63][64][65][66][67][68]}

In Raumfahrzeugen und anderen hochrahlenden Umgebungen ist die On-Chip-Ladungspumpe der erste Teil des Flash-Chips, der fehlschlägt, obwohl die Flash-Erinnerungen weiterhin im schreibgeschützten Modus funktionieren werden.^[69]

Noch Blitz

In Nor Flash hat jede Zelle ein Ende direkt mit dem Masse verbunden und das andere Ende direkt mit einer Bitlinie verbunden. Diese Anordnung wird "noch Flash" bezeichnet, weil es sich wie a verhält Noch Tor: Wenn eine der Wortlinien (mit dem CG der Zelle verbunden) hoch ist, wird der entsprechende Speichertransistor dazu veranlasst, die Ausgangsbitlinie niedrig zu ziehen. Noch Flash ist weiterhin die Technologie der Wahl für eingebettete Anwendungen, die ein diskretes nichtflüchtiges Speichergerät erfordern. Die von NOR -Geräten charakteristischen Latenzlatenzen ermöglichen sowohl die direkte Codeausführung als auch die Datenspeicherung in einem einzigen Speicherprodukt.^[70]

Programmierung

Eine einstufige oder Flash-Zelle in ihrem Standardzustand entspricht logisch zu einem binären "1" -Wert, da der Strom unter Anwendung einer geeigneten Spannung zum Steuertor durch den Kanal fließt, so dass die Bitline-Spannung heruntergezogen wird. Eine Nor -Flash -Zelle kann durch das folgende Verfahren programmiert oder auf einen binären "0" -Wert eingestellt werden:

• Eine erhöhte On-Volt-Spannung (typischerweise> 5 V) wird auf die CG angewendet
• Der Kanal ist jetzt eingeschaltet, sodass Elektronen von der Quelle zum Abfluss fließen können (unter der Annahme eines NMOS -Transistors)
• Der Quelldrainstrom ist ausreichend hoch, um einige hochen Energieelektronen über die Isolierschicht auf die FG zu springen, über einen genannten Prozess Heißelektroneninjektion.

Löschen

Um eine Nor Flash -Zelle zu löschen (sie auf den "1" -Zustand zurücksetzen), eine große Spannung der entgegengesetzten Polarität wird zwischen dem CG- und dem Quellanschluss angewendet und die Elektronen durch die FG durchziehen Quantentunnel. Moderne oder Flash -Speicherchips werden in Löschsegmente (oft als Blöcke oder Sektoren bezeichnet) unterteilt. Der Löschvorgang kann nur blockig durchgeführt werden. Alle Zellen in einem Löschsegment müssen zusammen gelöscht werden. Die Programmierung von Norzellen kann jedoch im Allgemeinen jeweils ein Byte oder ein Wort durchgeführt werden.

Nand Flash

Nand Flash verwendet auch schwimmende Gate-Transistoren, aber sie sind so verbunden, dass a ähnelt a NAND -Tor: Mehrere Transistoren sind in Reihe angeschlossen, und die Bitlinie wird nur niedrig gezogen, wenn alle Wortlinien hoch gezogen werden (über dem Transistoren V._T). Diese Gruppen werden dann über einige zusätzliche Transistoren mit einem Bit-Line-Array im Nor-Stil angeschlossen, wie einzelne Transistoren in noch Flash miteinander verbunden sind.

Im Vergleich zu Nor Flash fügt das Ersetzen einzelner Transistoren durch seriell verknüpfte Gruppen ein zusätzliches Adressierungsniveau hinzu. Während noch Flash den Speicher nach Seite adressieren dürfen, dann kann NAND Flash ihn nach Seite, Wort und Bit ansprechen. Bit-Level-Adressierung von Anzügen von Bit-Serial-Anwendungen (wie z. B. Hartscheibenemulation), die jeweils nur auf ein Bit zugreifen. Ausführen Anwendungen dagegen erfordern, dass gleichzeitig ein Wort in einem Wort zugegriffen wird. Dies erfordert eine Adressierung auf Wortebene. In jedem Fall sind sowohl Bit- als auch Wort Adressierungsmodi entweder mit Nor- oder NAND -Flash möglich.

Zum Lesen von Daten wird zunächst die gewünschte Gruppe ausgewählt (auf die gleiche Weise, wie ein einzelner Transistor aus einem Nor -Array ausgewählt wird). Als nächstes werden die meisten Wortzeilen über dem V gezogen_T eines programmierten Stücks, während einer von ihnen bis knapp über dem V gezogen wird_T von einem gelöschten Stück. Die Seriengruppe leitet (und zieht die Bitlinie niedrig), wenn das ausgewählte Bit nicht programmiert wurde.

Trotz der zusätzlichen Transistoren ermöglicht die Verringerung der Bodendrähte und Bitlinien ein dichteres Layout und eine höhere Speicherkapazität pro Chip. (Die Erdungsdrähte und Bitlinien sind tatsächlich viel breiter als die Linien in den Diagrammen.) Zusätzlich darf NAND Flash in der Regel eine bestimmte Anzahl von Fehlern enthalten (noch Flash, wie es für a verwendet wird BIOSROM wird erwartet, dass sie fehlerfrei ist). Hersteller versuchen, die Menge an nutzbarer Lagerung zu maximieren, indem sie die Größe der Transistoren verkleinert.

NAND -Blitzzellen werden durch Analyse ihrer Reaktion auf verschiedene Spannungen gelesen.^[58]

Schreiben und Löschen

Nand Flash verwendet Tunnelinjektion zum Schreiben und Tunnelfreigabe zum Löschen. NAND Flash -Speicher bildet den Kern des Wechsels USB Speichergeräte bekannt als als USB -Flash -Laufwerkesowie die meisten Speicherkarte Formate und Solid State Drives heute verfügbar.

Die hierarchische Struktur des NAND -Blitzes beginnt auf einer Zellebene, die Saiten, dann Seiten, Blöcke, Flugzeuge und letztendlich einen Würfel festlegt. Eine Schnur ist eine Reihe verbundener NAND -Zellen, in denen die Quelle einer Zelle mit dem Abfluss des nächsten verbunden ist. Abhängig von der NAND -Technologie besteht eine Schnur typischerweise aus 32 bis 128 NAND -Zellen. Saiten sind in Seiten organisiert, die dann in Blöcke organisiert werden, in denen jede Zeichenfolge mit einer separaten Linie mit dem Namen einer Bitline (BL) alle Zellen mit derselben Position in der Zeichenfolge verbunden ist Enthält eine bestimmte Anzahl von Blöcken, die über dieselbe BL verbunden sind. Ein Flash -Würfel besteht aus einem oder mehreren Flugzeugen und den peripheren Schaltkreisen, die benötigt werden, um alle Lese-/ Schreib-/ Löschvorgänge auszuführen.

Die Architektur von NAND Flash bedeutet, dass Daten auf Seiten gelesen und programmiert werden können, typischerweise zwischen 4 KIB und 16 KIB von Größe, aber nur auf der Ebene der gesamten Blöcke aus mehreren Seiten und MB -Größe gelöscht werden können. Wenn ein Block gelöscht wird, werden alle Zellen logisch auf 1 eingestellt. Daten können nur in einer Pass auf eine Seite in einem Block programmiert werden, der gelöscht wurde. Alle Zellen, die durch Programmierung auf 0 eingestellt wurden, können nur durch Löschen des gesamten Blocks auf 1 zurückgesetzt werden. Dies bedeutet, dass der aktuelle Inhalt der Seite plus die neuen Daten auf eine neue, gelöschte Seite kopiert werden muss, bevor neue Daten in eine Seite programmiert werden können, die bereits Daten enthält. Wenn eine geeignete Seite verfügbar ist, können die Daten sofort darauf geschrieben werden. Wenn keine gelöschte Seite verfügbar ist, muss ein Block gelöscht werden, bevor die Daten in eine Seite in diesem Block kopiert werden. Die alte Seite ist dann als ungültig markiert und ist zum Löschen und Wiederverwenden verfügbar.^[71]

Vertikaler Nand

Vertikaler NAND (V-NAND) oder 3D NAND-Speicher Stapel Gedächtniszellen vertikal und verwendet a Fallenblitz aufladen die Architektur. Die vertikalen Schichten ermöglichen größere Flächenbitdichten, ohne kleinere einzelne Zellen zu erfordern.^[72] Es wird auch unter der Marke verkauft BICS Blitz, das ist eine Marke der Kioxia Corporation (ehemalige Toshiba Memory Corporation). 3d nand wurde erstmals angekündigt von Toshiba in 2007.^[43] V-NAND wurde zuerst kommerziell hergestellt von Samsung Electronics im Jahr 2013.^{[44][45][73][74]}

Struktur

V-NAND verwendet a Fallenblitz aufladen Geometrie (die 2002 kommerziell von eingeführt wurde AMD und Fujitsu)^[42] dass die Läden auf einem eingebetteten Gebühren geladen werden Siliziumnitrid Film. Ein solcher Film ist robuster gegen Punktfehler und kann dicker gemacht werden, um eine größere Anzahl von Elektronen zu halten. V-NAND wickelt eine planare Ladungsfalle-Zelle in eine zylindrische Form.^[72] Ab 2020 verwenden 3D -NAND -Flash -Erinnerungen von Micron und Intel stattdessen schwimmende Gates. Die Mikron 128 -Schicht und über 3D -NAND -Erinnerungen verwenden jedoch aufgrund der Auflösung der Partnerschaft zwischen Micron und Intel eine herkömmliche Ladungsfalle -Struktur. Ladungsfalle 3D -NAND -Blitz ist dünner als das schwimmende Tor 3D -NAND. Im schwimmenden Gate 3D -NAND sind die Gedächtniszellen vollständig voneinander getrennt, während die verantwortlichen Trap 3D -NAND die vertikalen Gruppen von Gedächtniszellen das gleiche Siliziumnitridmaterial aufweisen.^[75]

Eine einzelne Gedächtniszelle besteht aus einer planaren Polysiliziumschicht, die ein Loch enthält, das von mehreren konzentrischen vertikalen Zylindern gefüllt ist. Die Polysilicon -Oberfläche des Lochs fungiert als Gateelektrode. Der äußerste Siliziumdioxidzylinder fungiert als Gate -Dielektrikum und schließt einen Silizium -Nitridzylinder ein, der Ladung speichert, und ein Siliziumdioxidzylinder einschließt, der als Tunneldielektrikum einen zentralen Stab mit leitender Polysilicon umgibt, der als leitender Kanal fungiert.^[72]

Gedächtniszellen in verschiedenen vertikalen Schichten stören sich nicht gegenseitig, da sich die Ladungen nicht vertikal durch das Siliziumnitridspeichermedium bewegen und die mit den Gates verbundenen elektrischen Felder in jeder Schicht eng festgelegt sind. Die vertikale Sammlung ist elektrisch identisch mit den serienverbundenen Gruppen, in denen herkömmlicher NAND-Flash-Speicher konfiguriert ist.^[72]

Konstruktion

Das Wachstum einer Gruppe von V-NAND-Zellen beginnt mit einem abwechselnden Stapel von leitenden (dotierten) Polysiliciumschichten und isolierenden Siliziumdioxidschichten.^[72]

Der nächste Schritt besteht darin, durch diese Schichten ein zylindrisches Loch zu bilden. In der Praxis eine 128Gibit V-NAND-Chip mit 24 Schichten von Speicherzellen benötigen etwa 2,9 Milliarden solcher Löcher. Als nächstes empfängt die innere Oberfläche des Lochs mehrere Beschichtungen, zuerst Siliziumdioxid, dann Siliziumnitrid, dann eine zweite Schicht Siliziumdioxid. Schließlich ist das Loch mit leitenden (dotierten) Polysilicium gefüllt.^[72]

Leistung

Ab 2013,^{[aktualisieren]} Die V-NAND-Flash-Architektur ermöglicht das Lesen und Schreiben von Operationen doppelt so schnell wie herkömmlicher NAND und kann bis zu zehnmal so lange dauern und gleichzeitig 50 Prozent weniger Strom verbrauchen. Sie bieten eine vergleichbare physische Bitdichte unter Verwendung von 10-nm-Lithographie, können jedoch möglicherweise die Bitdichte um bis zu zwei Größenordnungen erhöhen, da der V-NAND-Einsatz von bis zu mehreren hundert Schichten verwendet wird.^[72] Ab 2020 werden V-NAND-Chips mit 160 Schichten von Samsung entwickelt.^[76]

Kosten

Die Waferkosten eines 3D -NAND sind vergleichbar mit skalierten (32 nm oder weniger) planaren NAND -Blitz.^[77] Da planar Nand Skaling bei 16 nm haltet, können die Kosten pro Bitreduzierung um 3D -NAND fortgesetzt werden, beginnend mit 16 Schichten. Aufgrund der nichtvertikalen Seitenwand des Lochs, das durch die Schichten geätzt wurde; Sogar eine leichte Abweichung führt für eine bestimmte Anzahl von Schichten zu minimalen Bitkosten, d. H. Die minimale äquivalente Entwurfsregel (oder maximale Dichte); Diese minimale Bitkostenschichtzahl nimmt für einen kleineren Lochdurchmesser ab.^[78]

Einschränkungen

Blocklöschung

Eine Einschränkung des Flash -Speichers ist, dass es jeweils nur einen Block gelöscht werden kann. Dies stellt im Allgemeinen alle Bits im Block auf 1 fest. Beginnend mit einem frisch gelöschten Block kann jeder Ort in diesem Block programmiert werden. Sobald jedoch ein bisschen auf 0 gesetzt wurde, kann der gesamte Block auf 1 zurückgeändert werden. Mit anderen Worten, Flash Memory (speziell oder Flash) bietet zufällige Les- und Programmiervorgänge, bietet jedoch keine beliebige zufällige Zufälligkeit, -Access schreiben oder löschen Operationen. Ein Standort kann jedoch umgeschrieben werden, solange die 0 Bit des neuen Werts ein Supersatz der über geschriebenen Werte sind. Zum Beispiel a knabbern Der Wert kann auf 1111 gelöscht und dann als 1110 geschrieben werden. Aufzusetzen schreibt, dass das Knabbern sie auf 1010, dann 0010 und schließlich 0000 ändern kann. Im Wesentlichen legt Löschungen alle Bits auf 1, und die Programmierung kann nur Bits auf 0 löschen.^[79] Einige Dateisysteme, die für Flash -Geräte entwickelt wurden Yaffs1, um Sektormetadaten darzustellen. Andere Flash -Dateisysteme wie z. Yaffs2, nutzen Sie diese "Umschreiben" -Funktion niemals - sie erledigen viel zusätzliche Arbeit, um eine "Schreiben Sie einmal Regel" zu erfüllen.

Obwohl Datenstrukturen im Flash -Speicher nicht allgemein aktualisiert werden können, können die Mitglieder "entfernt" "entfernt" werden, indem sie als ungültig markiert werden. Diese Technik muss möglicherweise geändert werden für Multi-Level-Zelle Geräte, bei denen eine Speicherzelle mehr als ein bisschen enthält.

Gemeinsame Flash -Geräte wie z. USB -Flash -Laufwerke und Speicherkarten liefern nur eine Schnittstelle auf Blockebene oder Flash -Übersetzungsschicht (FTL), das jedes Mal in eine andere Zelle schreibt, um das Gerät zu tragen. Dies verhindert ein inkrementelles Schreiben innerhalb eines Blocks; Es hilft dem Gerät jedoch, durch intensive Schreibmuster vorzeitig abgenutzt zu werden.

Vorratsdatenspeicherung

Aufgrund von Elektronenablösungsdaten, die auf Flash -Zellen gespeichert sind Absolute Temperatur; Für einen 45 nm oder einen Blitz ist der Verlust der Schwellenspannung (VT) bei 25 Grad Celsius etwa halb so hoch wie bei 90 Grad Celsius.^[80]

Speicherverschleiß

Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass Flash -Speicher eine begrenzte Anzahl von Programmen hat - Löschzyklen (typischerweise als P/E -Zyklen). Die meisten im Handel erhältlichen Blitzprodukte halten garantiert etwa 100.000 P/E -Zyklen, bevor der Verschleiß beginnt, die Integrität der Lagerung zu verschlechtern.^[81] Mikron -Technologie und Sun Microsystems kündigte am 17. Dezember 2008 einen SLC NAND -Flash -Speicherchip für 1.000.000 P/E -Zyklen an.^[82] Längere P/E -Zyklen industrieller SSDs sprechen für ihre Ausdauerniveau und machen sie für den industriellen Gebrauch zuverlässiger.

Die garantierte Zykluszahl kann nur für Block Null gelten (wie der Fall bei TsopNAND -Geräte) oder zu allen Blöcken (wie in Nor). Dieser Effekt wird in einigen Chip -Firmware- oder Dateisystemtreibern gemindert, indem die Schreibvorgänge und dynamisch von Blöcken neu abgerechnet werden, um Schreibvorgänge zwischen Sektoren zu verbreiten. Diese Technik heißt Nivellierung tragen. Ein anderer Ansatz ist die Durchführung von Schreibüberprüfung und Remapping zu Sparensektoren im Falle eines Schreibfehlers, eine Technik heißt schlechter Block Management (BBM). Für tragbare Verbrauchergeräte verlängern diese Verschleiß -Management -Techniken in der Regel die Lebensdauer des Flash -Speichers über die Lebensdauer des Geräts selbst hinaus, und ein gewisser Datenverlust kann in diesen Anwendungen akzeptabel sein. Für die Datenspeicherung mit hoher Zuverlässigkeit ist es jedoch nicht ratsam, den Flash-Speicher zu verwenden, der eine große Anzahl von Programmierzyklen durchlaufen müsste. Diese Einschränkung ist für "schreibgeschützte" Anwendungen wie z. Dünne Kunden und Router, die nur einmal oder höchstens ein paar Mal zu Lebzeiten programmiert werden.

Im Dezember 2012 enthüllte taiwanesische Ingenieure aus MacRonix ihre Absicht, beim Treffen der IEEE International Electron Devices 2012 bekannt zu geben, dass sie herausgefunden hatten, wie sie die Les-/Schreibzyklen von NAND Flash-Speicher von 10.000 bis 100 Millionen Zyklen mit einem "Selbstheilungs" -Prozess-Prozess verbessern können, das mit einem "Selbstheilungs" -prozessprozess-Prozess mit einem "Selbstheiligen" -Prozessverfahren verbessert werden kann, mit einem "Selbstheiligen" -Prozess-Verfahren mit dem Verfahren zur Lesung von NANDs verbessert, die mit einem "Selbstheiligen" -Prozess-Prozess mit einem Prozess der "Selbstheilung" verbessert werden können, indem sie mit einem "selbstheiligen" Prozessprozess-Prozess mit dem Prozess mit dem "Selbsthelfer" -Prozess verbessert werden können. Das verwendete einen Flash -Chip mit "Onboard -Heizungen, die kleine Gruppen von Gedächtniszellen anlegen könnten".^[83] Das eingebaute thermische Glühen bestand darin, den üblichen Löschzyklus durch einen lokalen Hochtemperaturprozess zu ersetzen, der nicht nur die gespeicherte Ladung löschte, sondern auch die elektroneninduzierte Spannung im Chip reparierte und Schreibzyklen von mindestens 100 Millionen ergab.^[84] Das Ergebnis sollte ein Chip sein, der immer wieder gelöscht und neu geschrieben werden konnte, selbst wenn er theoretisch zusammenbrechen sollte. So vielversprechend der Durchbruch von Macronix für die Mobilbranche gewesen sein könnte, es gab jedoch keine Pläne für ein kommerzielles Produkt, das diese Fähigkeit in naher Zukunft zu jeder Zeit veröffentlicht hat.^[85]

Lesen Sie Störung

Die Methode, mit der das NAND -Flash -Speicher verwendet wurde, kann dazu führen, dass sich die Zellen in der Nähe im selben Speicherblock im Laufe der Zeit ändern (programmiert werden). Dies ist als Read Distury bekannt. Die Anzahl der Lesevorgänge liegt im Allgemeinen in den Hunderttausenden von Lesevorgängen zwischen intervenierenden Löschvorgängen. Wenn diese Zelle kontinuierlich aus einer Zelle lesen, scheitert diese Zelle nicht, sondern eine der umgebenden Zellen in einer nachfolgenden Lektüre. Um das Problem der Lesestörung zu vermeiden, zählt der Flash -Controller in der Regel die Gesamtzahl der Lesevorgänge in einem Block seit dem letzten Löschen. Wenn die Anzahl eine Zielgrenze überschreitet, wird der betroffene Block in einen neuen Block kopiert, gelöscht und dann an den Blockpool freigegeben. Der ursprüngliche Block ist nach dem Löschen so gut wie neu. Wenn der Flash -Controller jedoch nicht mit der Zeit eingreift, a Lesen Sie Störung Fehler tritt bei möglichen Datenverlust auf, wenn die Fehler zu zahlreich sind, um mit einem zu korrigieren Fehlerkorrekturcode.^[86][87][88]

Röntgeneffekte

Die meisten Flash -ICs kommen herein Kugelgitteranordnung (BGA) -Pakete, und selbst diejenigen, die nicht oft auf einer Leiterplatte neben anderen BGA -Paketen montiert sind. Nach Leiterplattenmontage, Boards mit BGA-Paketen werden häufig mit Röntgenstrahlen geprüft, um festzustellen, ob die Kugeln die richtigen Verbindungen zum richtigen Pad herstellen oder ob die BGA benötigt überarbeiten. Diese Röntgenstrahlen können programmierte Bits in einem Flash-Chip löschen (programmierte "0" -Bits in gelöschte "1" -Bits umwandeln). Eleased Bits ("1" -Bits) sind nicht von Röntgenstrahlen betroffen.^[89][90]

Einige Hersteller machen jetzt Röntgen-Proof SD^[91] und USB^[92] Speichergeräte.

Niedriger Zugang

Die Schnittstelle mit niedriger Ebene zu Flash-Speicherchips unterscheidet sich von denen anderer Speichertypen wie z. Dram, Rom, und Eeprom, die die Bitveränderlichkeit unterstützen (sowohl Null bis eins und eins zu Null) und Zufallszugriff über extern zugänglich Messbusse ansprechen.

Der Speicher hat noch einen externen Adressbus zum Lesen und Programmieren. Für NOR-Speicher sind das Lesen und Programmieren zufällig zugänglich, und das Entsperren und Löschen sind blockig. Für das NAND-Speicher sind das Lesen und Programmieren Seiten und das Entsperren und Löschen blockig.

Noch Erinnerungen

Das Lesen von Nor Flash ähnelt dem Lesen aus dem Random-Access-Speicher, sofern die Adresse und der Datenbus korrekt zugeordnet sind. Aus diesem Grund können die meisten Mikroprozessoren oder Flash -Speicher als Flash -Speicher verwenden an Ort und Stelle ausführen (XIP) Speicher, was bedeutet, dass Programme, die in noch Flash gespeichert sind, direkt aus dem Nor Flash ausgeführt werden können, ohne zuerst in den RAM kopiert werden zu müssen. Noch Flash kann zufällig wie das Lesen programmiert werden. Das Programmieren ändert Bits von einem logischen zu einer Null. Bits, die bereits Null sind, bleiben unverändert. Das Löschen muss jeweils einen Block erfolgen und setzt alle Bits im gelöschten Block zurück auf einen zurück. Typische Blockgrößen betragen 64, 128 oder 256Kib.

Das schlechte Blockmanagement ist eine relativ neue Funktion in NOR -Chips. In älteren oder Geräten, die keine schlechte Blockverwaltung, die Software oder keine schlechte Blockverwaltung unterstützen Gerätetreiber Die Steuerung des Speicherchips muss für Blöcke korrigiert werden, die sich abnutzen, oder das Gerät hört nicht mehr zuverlässig zu funktionieren.

Die spezifischen Befehle zum Sperren, Entsperren, Programmieren oder Löschen oder Erinnerungen unterscheiden sich für jeden Hersteller. Um nicht einzigartige Treibersoftware für jedes hergestellte Gerät zu benötigen, speziell Gemeinsame Flash -Speicherschnittstelle (CFI) Befehle ermöglichen es dem Gerät, sich und seine kritischen Betriebsparameter zu identifizieren.

Neben seiner Verwendung als ROM-Access-ROM und Flash kann auch als Speichergerät verwendet werden, indem die Programmierung von Zufallszugriffe verwendet wird. Einige Geräte bieten eine Read-the-Write-Funktionalität an, so dass der Code weiterhin ausgeführt wird, auch wenn ein Programm oder ein Löschvorgang im Hintergrund stattfindet. Für sequentielle Daten oder Flash -Chips haben in der Regel langsame Schreibgeschwindigkeiten im Vergleich zu NAND -Flash.

Typisch oder Flash braucht keine Fehlerkorrekturcode.^[93]

NAND Erinnerungen

Die NAND -Flash -Architektur wurde 1989 von Toshiba eingeführt.^[94] Diese Erinnerungen sind ähnlich zugegriffen Blockgerätewie Festplatten. Jeder Block besteht aus einer Reihe von Seiten. Die Seiten sind typischerweise 512,^[95] 2.048 oder 4.096 Bytes. Zu jeder Seite sind einige Bytes (normalerweise 1/32 der Datengröße) zugeordnet, die für die Speicherung eines verwendet werden können Fehlerkorrekturcode (ECC) Überprüfung.

Typische Blockgrößen umfassen:

• 32 Seiten von jeweils 512+16 Bytes für eine Blockgröße (effektiv) von 16Kib
• 64 Seiten von 2,048+64 Bytes jeweils für eine Blockgröße von 128 kib^[96]
• 64 Seiten von 4,096+128 Bytes jeweils für eine Blockgröße von 256 kib^[97]
• 128 Seiten von 4,096+128 Bytes jeweils für eine Blockgröße von 512 kib.

Während das Lesen und Programmieren auf Seitenbasis durchgeführt wird, kann das Löschen nur blockig durchgeführt werden.^[98]

NAND -Geräte erfordern auch eine schlechte Blockverwaltung der Geräte -Treibersoftware oder nach einem separaten Regler Chip. SD -Karten beinhalten beispielsweise Controller -Schaltkreise, um eine schlechte Blockverwaltung durchzuführen und Nivellierung tragen. Wenn auf einen logischen Block über hochrangige Software zugegriffen wird, wird er vom Gerätetreiber oder Controller einem physischen Block zugeordnet. Eine Reihe von Blöcken auf dem Flash-Chip kann für das Speichern von Mapping-Tabellen zur Verfügung gestellt werden, um mit schlechten Blöcken umzugehen, oder das System kann einfach jeden Block beim Einschalten überprüfen, um eine schlechte Blockkarte im RAM zu erstellen. Die Gesamtspeicherkapazität schrumpft allmählich, wenn mehr Blöcke als schlecht markiert sind.

NAND ist auf ECC angewiesen, um Bits zu kompensieren, die während des normalen Gerätebetriebs spontan fehlschlagen können. Ein typisches ECC korrigiert einen Ein-Bit-Fehler in jedem 2048 Bit (256 Bytes) unter Verwendung von 22 Bit ECC oder einem Ein-Bit-Fehler in jedem 4096 Bit (512 Bytes) unter Verwendung von 24 Bit ECC.^[99] Wenn der ECC den Fehler während des Lesens nicht korrigieren kann, kann er den Fehler weiterhin erkennen. Beim Durchführen von Lösch- oder Programmvorgängen kann das Gerät Blöcke erkennen, die nicht programmiert oder löschen und schlecht markieren. Die Daten werden dann in einen anderen, guten Block geschrieben, und die schlechte Blockkarte wird aktualisiert.

Hamming -Codes sind die am häufigsten verwendeten ECC für SLC NAND -Blitz. Reed-Solomon-Codes und BCH -Codes (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem-Codes) werden üblicherweise ECC für MLC NAND-Blitz verwendet. Einige MLC -NAND -Flash -Chips erzeugen intern die entsprechenden BCH -Fehlerkorrekturcodes.^[93]

Die meisten NAND -Geräte werden mit einigen schlechten Blöcken aus der Fabrik versendet. Diese sind typischerweise nach einer bestimmten schlechten Blockmarkierungsstrategie gekennzeichnet. Indem die Hersteller einige schlechte Blöcke zulassen, erreichen die Hersteller weitaus höher ergibt als möglich, wenn alle Blöcke überprüft werden müssten, um gut zu sein. Dies reduziert die NAND -Blitzkosten erheblich und verringert die Lagerkapazität der Teile nur geringfügig.

Bei der Ausführung von Software aus NAND -Erinnerungen, virtueller Speicher Es werden häufig Strategien verwendet: Speicherinhalte müssen zuerst sein ausgestellt oder in den Speicher-abgebildeten RAM kopiert und dort ausgeführt werden (was zur gemeinsamen Kombination von NAND + RAM führt). EIN Speicherverwaltungseinheit (MMU) im System ist hilfreich, kann aber auch mit erreicht werden Overlays. Aus diesem Grund werden einige Systeme eine Kombination aus NOR- und NAND-Erinnerungen verwenden, bei denen ein kleinerer oder Speicher als Software-ROM verwendet wird und ein größerer NAND-Speicher mit einem Dateisystem zur Verwendung als nicht flüchtiger Datenspeicherbereich aufgeteilt wird.

NAND opfert den Zufallszugriff und die Ausführungsvorteile von Nor. NAND eignet sich am besten für Systeme, die Datenspeicher mit hoher Kapazität benötigen. Es bietet höhere Dichten, größere Kapazitäten und niedrigere Kosten. Es hat schnellere Löschungen, sequenzielle Schreibvorgänge und sequentielle Lesevorgänge.

Standardisierung

Eine Gruppe namens die Öffnen Sie die Arbeitsgruppe der NAND Flash -Schnittstelle (ONFI) hat eine standardisierte Schnittstelle mit niedriger Ebene für NAND-Flash-Chips entwickelt. Dies ermöglicht die Interoperabilität zwischen konformen NAND -Geräten verschiedener Anbieter. Die ONFI -Spezifikation Version 1.0^[100] wurde am 28. Dezember 2006 veröffentlicht. Es gibt an:

• Eine Standard -physikalische Schnittstelle (Pinout) Für Nand blitzt in Tsop-48, WSOP-48, LGA-52 und BGA-63 Pakete
• Ein Standardbefehlssatz zum Lesen, Schreiben und Löschen von NAND -Flash -Chips
• Ein Mechanismus zur Selbstidentifizierung (vergleichbar mit dem Erkennung serieller Präsenz Merkmal von SDRAM -Speichermodulen)

Die Onfi -Gruppe wird von großen NAND -Flash -Herstellern unterstützt, einschließlich Hynix, Intel, Mikron -Technologie, und Numonyxsowie von großen Herstellern von Geräten mit NAND -Flash -Chips.^[101]

Zwei Haupthersteller von Flash -Geräten, Toshiba und Samsung, haben sich für die Verwendung einer Schnittstelle ihres eigenen Designs ausgewählt, die als Toggle -Modus bezeichnet wird (und jetzt umschaltend v2.0). Diese Schnittstelle ist nicht Pin-to-Pin-kompatibel mit der OnFI -Spezifikation. Das Ergebnis ist, dass ein Produkt für die Geräte eines Anbieters möglicherweise nicht in der Lage ist, die Geräte eines anderen Anbieters zu verwenden.^[102]

Eine Gruppe von Anbietern, einschließlich Intel, Dell, und Microsoft, gebildet a Nichtflüchtige Speicher-Host-Controller-Schnittstelle (NVMHCI) Arbeitsgruppe.^[103] Das Ziel der Gruppe ist es, Standard -Software- und Hardware -Programmierschnittstellen für nichtflüchtige Speicher -Subsysteme bereitzustellen, einschließlich des mit dem angeschlossenen "Flash -Cache" PCI Express Bus.

Unterscheidung zwischen NOR und NAND Blitz

Noch und Nand Blitz unterscheiden sich in zwei wichtigen Arten:

• Die Verbindungen der einzelnen Gedächtniszellen sind unterschiedlich.
• Die Schnittstelle zum Lesen und Schreiben der Speicher ist unterschiedlich. Noch erlaubt Zufallszugriff, während NAND nur den Seitenzugriff zulässt.^[104]

Noch und Nand Flash erhalten ihre Namen aus der Struktur der Verbindungen zwischen Speicherzellen. In Nor Flash sind Zellen parallel zu den Bitlinien verbunden, sodass Zellen einzeln gelesen und programmiert werden können. Die parallele Verbindung von Zellen ähnelt der parallele Verbindung von Transistoren in einem CMOS oder Gate. Im NAND -Blitz sind Zellen in Reihe angeschlossen und ähneln einem CMOS -NAND -Tor. Die Serienverbindungen verbrauchen weniger Platz als parallele, wodurch die Kosten für NAND -Blitz gesenkt werden. Es verhindert nicht, dass NAND -Zellen einzeln gelesen und programmiert werden.

Jede noch Flash -Zelle ist größer als eine NAND -Flash -Zelle - 10 f² vs 4 f²- auch wenn genau das gleiche verwendet Herstellung von Halbleitervorrichtungen und so ist jeder Transistor, Kontakt usw. genau die gleiche Größe - da für jede Zelle noch Flash -Zellen einen separaten Metallkontakt benötigen.^[105]

Aufgrund der Serienverbindung und der Entfernung von Wordline -Kontakten belegt ein großes Gitter von NAND -Flash -Speicherzellen möglicherweise nur 60% der Fläche von gleichwertigem oder Zellen^[106] (unter Annahme des gleichen CMOs Prozessauflösung zum Beispiel 130nm, 90 nm oder 65 nm). Die Designer von NAND Flash erkannten, dass der Bereich eines NAND -Chips und damit die Kosten durch Entfernen der externen Adress- und Datenbusschaltung weiter reduziert werden konnte. Stattdessen könnten externe Geräte mit NAND Flash über den sequentiell zugerichteten Befehl und Datenregister kommunizieren, die die erforderlichen Daten intern abrufen und ausgeben würden. Diese Entwurfswahl machte zufällige Zugriff auf den NAND-Flash-Speicher unmöglich, aber das Ziel von NAND Flash war es, die mechanische Ersetzung zu ersetzen Festplatten, um ROMS nicht zu ersetzen.

Attribut	NAND	NOCH
Hauptanwendung	Dateispeicher	Codeausführung
Speicherkapazität	Hoch	Niedrig
Kosten pro Stück	Niedrig
Aktive Kraft	Niedrig
Standby-Leistung		Niedrig
Schreibgeschwindigkeit	Schnell
Geschwindigkeit lesen		Schnell
An Ort und Stelle ausführen (Xip)	Nein	Ja
Verlässlichkeit		Hoch

Schreiben Sie Ausdauer

Die Schreibausdauer von SLC-schwimmendem Gate oder Flash ist typischerweise gleich oder größer als die von NAND-Flash, während MLC und NAND-Flash ähnliche Ausdauerfunktionen aufweisen. Beispiele für Ausdauerzyklusbewertungen, die in Datenblättern für NAND und NOR Flash sowie in Speichergeräten mithilfe von Flash -Speicher aufgeführt sind.^[107]

Art des Flash -Speichers	Ausdauerbewertung (Löschungen pro Block)	Beispiele des Flash -Speichers oder Speichergeräts
SLC NAND	100.000	Samsung Onenand KFW4G16Q2M, Toshiba SLC NAND Flash Chips,[108][109][110][111][112] Transzend SD500, Fujitsu S26361-F3298
MLC NAND	5.000 bis 10.000 für Anwendungen mit mittlerer Kapazität; 1.000 bis 3.000 für Anwendungen mit hoher Kapazität[113]	Samsung K9G8G08U0M (Beispiel für Anwendungen mit mittlerer Kapazität), memblaze pblaze4,[114] Adata SU900, Mushkin -Reaktor
Tlc nand	1.000	Samsung SSD 840
QLC NAND	?	Sandisk X4 Nand Flash SD -Karten[115][116][117][118]
3D SLC NAND	100.000	Samsung Z-Nand[119]
3D MLC NAND	6.000 bis 40.000	Samsung SSD 850 Pro, Samsung SSD 845DC Pro,[120][121] Samsung 860 Pro
3d tlc nand	1.000 bis 3.000	Samsung SSD 850 EVO, Samsung SSD 845DC EVO, entscheidender MX300[122][123][124]， Memblaze pblaze5 900, memblaze pblaze5 700, memblaze pblaze5 910/916, memblaze pblaze5 510/516,[125][126][127][128] ADATA SX 8200 Pro (auch unter "XPG Gammix" -Branding, Modell S11 Pro verkauft)
3D QLC NAND	100 bis 1.000	Samsung SSD 860 QVO SATA, Intel SSD 660p, Samsung SSD 980 QVO NVME, Micron 5210 Ion, Samsung SSD BM991 NVME[129][130][131][132][133][134][135][136]
3D plc nand	Unbekannt	In der Entwicklung von SK Hynix (ehemals Intel)[137] und Kioxia (früher Toshiba -Erinnerung).[113]
SLC (Floating-Gate) noch	100.000 bis 1.000.000	Numonyx M58BW (Ausdauerbewertung von 100.000 Biete pro Block); Spansion S29CD016J (Ausdauerbewertung von 1.000.000 Biete pro Block)
MLC (schwimmend-gate) noch	100.000	Numonyx J3 Flash

Durch die Anwendung bestimmter Algorithmen und Entwurfsparadigmen, wie z. Nivellierung tragen und SpeicherüberwachungDie Ausdauer eines Speichersystems kann so eingestellt werden, dass sie spezifische Anforderungen erfüllen.^[138]

Um die Langlebigkeit des NAND -Blitzes zu berechnen, muss man die Größe des Speicherchips, die Art des Speichers (z. B. SLC/MLC/TLC) berücksichtigen und das Muster verwenden. Der industrielle NAND ist aufgrund ihrer Kapazität, längeren Ausdauer und Zuverlässigkeit in sensiblen Umgebungen gefragt.

Die 3D -NAND -Leistung kann sich abbauen, wenn die Ebenen hinzugefügt werden.^[119]

Flash -Dateisysteme

Aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flash -Speichers wird es am besten entweder mit einem Controller verwendet, um Verschleiß -Leveling- und Fehlerkorrektur oder speziell entworfene Flash -Dateisysteme durchzuführen, die über die Medien schreibt und sich mit den langen Löschzeiten von Nor Flash -Blöcken befassen. Das grundlegende Konzept hinter Flash -Dateisystemen lautet wie folgt: Wenn der Flash -Speicher aktualisiert werden soll, schreibt das Dateisystem eine neue Kopie der geänderten Daten in einen neuen Block, neu die Dateizeiger neu und löschen Sie den alten Block später, wenn er hat Zeit.

In der Praxis werden Flash -Dateisysteme nur für verwendet Speichertechnologiegeräte (MTDS), beispielsweise eingebettete Flash -Erinnerungen, die keinen Controller haben. Abnehmbarer Blitz Speicherkarten, SSDs, EMMC/EUFs Chips und USB -Flash -Laufwerke Haben Sie integrierte Controller, um eine Verschleißnivellierung und Fehlerkorrektur durchzuführen, sodass die Verwendung eines bestimmten Flash-Dateisystems keinen Nutzen hinzufügt.

Kapazität

Mehrere Chips werden häufig angeordnet oder stapelt gestapelt, um höhere Kapazitäten zu erreichen^[139] Für den Einsatz in elektronischen Unterhaltungsgeräten wie Multimedia -Spielern oder GPSS. Die Kapazitätskalierung (Erhöhung) von Flash -Chips, die verwendet werden, um zu folgen Moores Gesetz Weil sie mit vielen der gleichen hergestellt werden integrierte Schaltkreise Techniken und Ausrüstung. Seit der Einführung von 3D -NAND ist die Skalierung nicht mehr unbedingt mit dem Gesetz von Moore verbunden, da immer kleinere Transistoren (Zellen) nicht mehr verwendet werden.

Verbraucher -Flash -Speichergeräte werden in der Regel mit nutzbaren Größen als Kleinrückstärke von zwei (2, 4, 8 usw.) und einer Bezeichnung von Megabyte (MB) oder Gigabyte (GB) beworben. z. B. 512 MB, 8 GB. Das beinhaltet SSDs vermarktet als Festplattenersatz gemäß den traditionellen Festplatte, welche Verwendung Dezimalpräfixe.^[140] Somit ist eine SSD als "64 gekennzeichnetGb" ist mindestens 64 × 1000³ Bytes (64 GB). Die meisten Benutzer haben aufgrund des Speicherplatzes von Dateisystemmetadaten etwas weniger Kapazität als diese für ihre Dateien zur Verfügung.

Die darin enthaltenen Flash -Speicherchips sind in strengen binären Multiplikaten dimensioniert, aber die tatsächliche Gesamtkapazität der Chips ist an der Antriebsschnittstelle nicht verwendbar. Es ist erheblich größer als die angekündigte Kapazität, um die Verteilung von Schreibvorgängen zu ermöglichen (Nivellierung tragen) für Sparsame für Fehlerkorrekturcodesund für andere Metadaten benötigt von der internen Firmware des Geräts.

Im Jahr 2005, Toshiba und Sandisk entwickelte einen NAND -Flash -Chip, der 1 GB Daten speichern kann Multi-Level-Zelle (MLC) -Technologie, die zwei Datenbits pro Zelle speichern kann. Im September 2005, Samsung Electronics kündigte an, dass es den ersten 2 GB -Chip der Welt entwickelt hatte.^[141]

Im März 2006 kündigte Samsung Flash -Festplatten mit einer Kapazität von 4 GB an, im Wesentlichen der gleichen Größenordnung wie kleinerer Laptop -Festplatten, und im September 2006 kündigte Samsung einen 8 -GB -Chip an, der mit einem 40 -nm -Herstellungsprozess hergestellt wurde.^[142] Im Januar 2008 kündigte Sandisk die Verfügbarkeit ihrer 16 GB Microsdhc und 32 GB SDHC Plus -Karten an.^[143][144]

Neuere Flash -Laufwerke (ab 2012) haben viel größere Kapazitäten mit 64, 128 und 256 GB.^[145]

Eine gemeinsame Entwicklung bei Intel und Micron ermöglicht die Produktion von 32-Schicht 3,5 Terabyte (TB)^{[Klarstellung erforderlich]}) NAND-Flash-Sticks und 10 TB Standard-SSDs. Das Gerät enthält 5 Pakete mit 16 × 48 GB TLC -Stempeln unter Verwendung eines schwimmenden Gate Cell -Designs.^[146]

Blitzchips werden weiterhin mit Kapazitäten unter oder etwa 1 MB hergestellt (z. B. für Bios-ROMs und eingebettete Anwendungen).

Im Juli 2016 kündigte Samsung den 4 TB an^{[Klarstellung erforderlich]} Samsung 850 EVO, der ihren 256 GBBE 48-Schicht TLC 3D V-NAND verwendet.^[147] Im August 2016 kündigte Samsung eine 32 TB 2,5-Zoll-SSD an, die auf ihrem 512 GBIT 64-Layer TLC 3D V-NAND basiert. Darüber hinaus erwartet Samsung bis 2020 SSDs mit bis zu 100 TB Speicher.^[148]

Übertragungsraten

Flash -Speichergeräte sind in der Regel viel schneller beim Lesen als das Schreiben.^[149] Die Leistung hängt auch von der Qualität von Speichercontrollern ab, die kritischer werden, wenn Geräte teilweise voll sind.^[vage][149] Selbst wenn die einzige Änderung des Fertigungst Die-Shrink ist, kann das Fehlen eines geeigneten Controllers zu verschlechterten Geschwindigkeiten führen.^[150]

Anwendungen

Serienblitz

Seriell Flash ist ein kleiner Flash -Speicher mit geringer Leistung, der nur serielle Zugriff auf die Daten bietet - anstatt einzelne Bytes zu adressieren, liest oder schreibt der Benutzer große zusammenhängende Gruppen von Bytes im Adressraum seriell. Serielle periphere Grenzflächenbus (SPI) ist ein typisches Protokoll für den Zugriff auf das Gerät. Wenn in einen eingebaut Eingebettetes System, serieller Blitz erfordert weniger Drähte auf der PCB als parallele Flash -Erinnerungen, da es Daten nacheinander überträgt und erhält. Dies kann eine Reduzierung des Raums, des Stromverbrauchs und des Gesamtsystemkostens ermöglichen.

Es gibt mehrere Gründe, warum ein serielles Gerät mit weniger externen Stiften als ein paralleles Gerät erheblich gesenkt werden kann, um die Gesamtkosten erheblich zu senken:

• Viele Asics sind padlimitiert, was bedeutet, dass die Größe der sterben wird durch die Anzahl der Anzahl von eingeschränkt Drahtband Pads und nicht die Komplexität und Anzahl der Tore, die für die Gerätelogik verwendet werden. Das Eliminieren von Bindungskissen ermöglicht somit einen kompakteren integrierten Schaltkreis auf einem kleineren Würfel; Dies erhöht die Anzahl der Würfel, die auf a hergestellt werden können Waferund senkt somit die Kosten pro Würfel.
• Reduzierung der Anzahl der externen Stifte reduziert auch die Baugruppe und Verpackung Kosten. Ein serielles Gerät kann in einem kleineren und einfacheren Paket als ein paralleles Gerät verpackt werden.
• Kleinere und niedrigere Pin-Count-Pakete belegen weniger Leiterplätze.
• Geräte mit niedrigeren Pin-Count-Geräten vereinfachen die PCB Routing.

Es gibt zwei wichtige SPI -Blitztypen. Der erste Typ ist durch kleine Seiten und eine oder mehrere interne SRAM -Seitenpuffer charakterisiert, sodass eine vollständige Seite in den Puffer gelesen, teilweise geändert und dann zurückgeschrieben werden kann (z. B. den Atmen AT45 Datenflash oder der Mikron -Technologie Seite löschen noch Flash). Der zweite Typ verfügt über größere Sektoren, in denen die kleinsten Sektoren in dieser Art von SPI -Blitz normalerweise 4 kb sind, aber bis zu 64 kb sein können. Da dieser Art von SPI -Blitz ein interner SRAM -Puffer fehlt, muss die vollständige Seite vor dem zurückgeschriebenen Schreiben ausgelesen und geändert werden, sodass es langsam verwaltet wird. Der zweite Typ ist jedoch billiger als der erste und daher eine gute Wahl, wenn die Anwendung Code -Schatten ist.

Die beiden Typen können nicht leicht ausgetauscht werden, da sie nicht die gleiche Pinbelegung haben und die Befehlssätze nicht kompatibel sind.

Die meisten Fpgas basieren auf SRAM -Konfigurationszellen und erfordern ein externes Konfigurationsgerät, häufig einen seriellen Flash -Chip, um die Konfiguration neu zu laden Bitstream Jeder Stromzyklus.^[151]

Firmware -Speicher

Mit der zunehmenden Geschwindigkeit der modernen CPUs sind parallele Flash -Geräte oft viel langsamer als der Speicherbus des Computers, mit dem sie verbunden sind. Umgekehrt modern Sram Bietet Zugangszeiten unter 10ns, während DDR2 SDRAM bietet Zugangszeiten unter 20 ns. Aus diesem Grund ist es oft wünschenswert zu Schatten Code in Flash in RAM gespeichert; Das heißt, der Code wird vor der Ausführung vom Flash in RAM kopiert, damit die CPU mit voller Geschwindigkeit darauf zugreifen kann. Gerät Firmware kann in einem seriellen Flash-Chip gespeichert und dann in SDRAM oder SRAM kopiert werden, wenn das Gerät aufgeschaltet ist.^[152] Die Verwendung eines externen seriellen Blitzgeräts anstelle eines On-Chip-Blitzes beseitigt die Notwendigkeit eines erheblichen Prozesskompromisses (ein Herstellungsprozess, der für Hochgeschwindigkeitslogik gut ist, ist im Allgemeinen nicht gut für Flash und umgekehrt). Sobald es beschlossen ist, die Firmware als einen großen Block einzudachten, ist es üblich, Komprimierung hinzuzufügen, damit ein kleinerer Flash -Chip verwendet werden kann. Typische Anwendungen für serielles Flash sind die Speicherung der Firmware für Festplatte, Ethernet Netzwerkschnittstellenadapter, DSL -Modems, etc.

Flash -Speicher als Ersatz für Festplatten

Eine neuere Anwendung für den Flash -Speicher ist ein Ersatz für Festplatten. Der Flash -Speicher hat nicht die mechanischen Einschränkungen und Latenzen von Festplatten, also a Festkörperantrieb (SSD) ist attraktiv, wenn Sie Geschwindigkeit, Rauschen, Stromverbrauch und Zuverlässigkeit berücksichtigen. Flash -Laufwerke gewinnen als sekundäre Speichergeräte für mobile Geräte an der Antrieb. Sie werden auch als Ersatz für Festplatten in Hochleistungs-Desktop-Computern und einigen Servern mit verwendet ÜBERFALLEN und San Architekturen.

Es bleiben einige Aspekte von Flash-basierten SSDs, die sie unattraktiv machen. Die Kosten pro Gigabyte des Flash -Speichers bleiben signifikant höher als die von Festplatten.^[153] Auch der Flash -Speicher hat eine begrenzte Anzahl von P/E (Programm/Löschen) Zyklen, aber dies scheint derzeit unter Kontrolle zu stehen, da die Garantien auf Flash-basierten SSDs denen der aktuellen Festplatten nähern.^[154] Darüber hinaus können gelöschte Dateien auf SSDs für einen unbestimmten Zeitraum verbleiben, bevor sie durch neue Daten überschrieben werden. Lösch- oder Shred -Techniken oder Software, die gut auf magnetischen Festplatten abarbeiten, haben keinen Einfluss auf SSDs, beeinträchtigen die Sicherheit und die forensische Untersuchung. Aufgrund der sogenannten TRIMMEN Befehl, der von den meisten soliden State -Laufwerken verwendet wird, wodurch die logischen Blockadressen von der gelöschten Datei als nicht verwendete zur Aktivierung bezeichnet werden MüllsammlungDie Data Recovery -Software kann nicht in der Lage sein, Dateien wiederherzustellen, die von solchen gelöscht wurden.

Für relationale Datenbanken oder andere Systeme, die erfordern SÄURE Transaktionen, auch eine bescheidene Menge an Flash -Speicher, kann große Beschleunigungen über Arrays von Festplattenantrieben bieten.^[155][156]

Im Mai 2006, Samsung Electronics Angekündigt zwei auf Flash-Memory-basierte PCs, die Q1-SSD und Q30-SSD wurden voraussichtlich im Juni 2006 erhältlich, die beide 32 GB SSDs verwendeten, und waren mindestens anfangs nur in verfügbar Südkorea.^[157] Der Start der Q1-SSD und des Q30-SSD wurde verzögert und schließlich Ende August 2006 versendet.^[158]

Der erste PC auf Flash-Memory, der verfügbar wurde, war der Sony Vaio UX90, der am 27. Juni 2006 für die Vorbestellung bekannt gegeben wurde und am 3. Juli 2006 mit einer 16-GB-Flash-Speicher-Festplatte in Japan verschifft wurde.^[159] Ende September 2006 hat Sony das Flash-Memory im VAIO UX90 auf 32 GB verbessert.^[160]

Ein Solid-State-Laufwerk wurde als Option mit dem ersten angeboten MacBook Air Im Jahr 2008 eingeführt und ab 2010 wurden alle Modelle mit einer SSD versendet. Ab Ende 2011 als Teil von Intel's Ultrabook Initiative wird immer mehr ultradünne Laptops mit SSDS-Standard versendet.

Es gibt auch Hybridtechniken wie Hybridantrieb und Readyboost Dieser Versuch, die Vorteile beider Technologien zu kombinieren, wobei Flash als nicht flüchtiges Hochgeschwindigkeitsbereich verwendet wird Zwischenspeicher Für Dateien auf der Festplatte, auf die häufig verwiesen, aber selten geändert wird, wie z. B. Anwendungs- und Betriebssystem ausführbar Dateien.

Flash -Speicher als RAM

Wie 2012,^{[aktualisieren]} Es gibt Versuche, den Flash -Speicher als Hauptcomputerspeicher zu verwenden. Dram.^[161]

Archiv- oder Langzeitspeicher

Schwimmgate-Transistoren im Flash-Speichergerät halten die Ladung, die Daten darstellt. Diese Ladung läuft im Laufe der Zeit allmählich und führt zu einer Ansammlung von Logische Fehler, auch bekannt als "Bitfäule"oder" ein bisschen verblassen ".^[162]

Vorratsdatenspeicherung

Es ist unklar, wie lange Daten zum Flash -Speicher unter Archivbedingungen bestehen bleiben (d. H. Gutartige Temperatur und Luftfeuchtigkeit mit seltenem Zugang zu oder ohne prophylaktische Umschreibung). Datenblätter von Atmel's Flash-basiert "Atmega"Mikrocontroller versprechen in der Regel Retentionszeiten von 20 Jahren bei 85 ° C (185 ° F) und 100 Jahre bei 25 ° C (77 ° F).^[163]

Die Retentionsspanne variiert zwischen den Typen und Modellen des Flash -Speichers. Bei Strom und Leerlauf wird die Ladung der Transistoren, die die Daten halten, von der routinemäßig aktualisiert Firmware des Flash -Speichers.^[162] Die Fähigkeit, Daten zu halten, variiert zwischen den Flash -Speichergeräten aufgrund von Firmware -Unterschieden. Daten Redundanz, und fehler Korrektur Algorithmen.^[164]

Ein Artikel von CMU Im Jahr 2015 besagt: "Die heutigen Flash -Geräte, die keine Flash -Aktualisierung erfordern, haben ein typisches Retentionsalter von 1 Jahr bei Raumtemperatur." Und diese Retentionszeit nimmt mit zunehmender Temperatur exponentiell ab. Das Phänomen kann durch die modelliert werden Arrhenius -Gleichung.^[165][166]

FPGA -Konfiguration

Etwas Fpgas basieren auf Flash-Konfigurationszellen, die direkt als (programmierbare) Switches verwendet werden, um interne Elemente mit der gleichen Art von Transistor mit schwebendem Gate zu verbinden wie die Flash-Datenspeicherzellen in Datenspeichergeräten.^[151]

Industrie

In einer Quelle heißt es, dass die Flash -Speicherbranche 2008 rund 9,1 Milliarden US -Dollar an Produktion und Umsatz umfasst. Andere Quellen setzen den Flash -Speichermarkt im Jahr 2006 auf eine Größe von mehr als 20 Milliarden US -Dollar, wobei mehr als acht Prozent des gesamten Halbleitermarktes und mehr als 34 Prozent des gesamten Marktes für Halbleiter -Speicher ausmachen.^[167] Im Jahr 2012 wurde der Markt auf 26,8 Milliarden US -Dollar geschätzt.^[168] Es kann bis zu 10 Wochen dauern, um einen Flash -Speicherchip zu erzeugen.^[169]

Hersteller

Die folgenden Hersteller von NAND Flash Memory waren ab dem ersten Quartal 2019.^[170]

1. Samsung Electronics - 34,9%
2. Kioxia - 18,1%
3. Western Digital Corporation – 14%
4. Mikron -Technologie - 13,5%
5. SK Hynix - 10,3%
6. Intel - 8,7% Hinweis: SK Hynix hat am Ende 2021 das NAND -Geschäft von Intel erworben^[171]

Samsung bleibt ab dem ersten Quartal 2022 der größte Hersteller von NAND Flash -Speicher.^[172]

Sendungen

Flash -Speicher -Sendungen (Europäische Sommerzeit. hergestellte Einheiten)

Jahre)	Diskreter Blitz Speicher Chips	Flash -Speicherdatenkapazität (KapazitätGigabyte))	Schwimmend-gate MOSFET Gedächtniszellen (Milliarden)
1992	26.000.000[173]	3[173]	24[a]
1993	73.000.000[173]	17[173]	139[a]
1994	112.000.000[173]	25[173]	203[a]
1995	235.000.000[173]	38[173]	300[a]
1996	359.000.000[173]	140[173]	1,121[a]
1997	477.200.000+[174]	317+[174]	2,533+[a]
1998	762.195.122[175]	455+[174]	3,642+[a]
1999	12.800.000.000[176]	635+[174]	5.082+[a]
2000–2004		134.217.728.000 (NAND)[177]	1.073.741.824.000 (NAND)[177]
2005–2007	?
2008	1,226.215.645 (Mobile NAND)[178]
2009	1,226,215.645+ (Mobile NAND)
2010	7.280.000.000+[b]
2011	8.700.000.000[180]
2012	5,151.515.152 (Serie)[181]
2013	?
2014	?	59.000.000.000[182]	118.000.000.000+[a]
2015	7.692.307.692 (NAND)[183]	85.000.000.000[184]	170.000.000.000+[a]
2016	?	100.000.000[185]	200.000.000.000+[a]
2017	?	148.200.000.000[c]	296.400.000.000+[a]
2018	?	231.640.000.000[d]	463.280.000.000+[a]
2019	?	?	?
2020	?	?	?
1992–2020	45.358,454.134+ Speicherchips	758.057.729.630+ Gigabyte	2,321.421.837.044 Milliarden+ Zellen

Zusätzlich zu den einzelnen Flash -Speicherchips ist der Flash -Speicher auch eingebettet in Mikrocontroller (MCU) Chips und System-on-Chip (SOC) Geräte.^[189] Flash -Speicher ist eingebettet in Armchips,^[189] die 150 verkauft haben Milliarden Einheiten weltweit ab 2019^{[aktualisieren]},^[190] und in Programmierbares System-on-Chip (PSOC) Geräte, die 1.1 verkauft haben Milliarden Einheiten ab 2012^{[aktualisieren]}.^[191] Dies summiert sich zu mindestens 151,1 Milliarden MCU- und SOC -Chips mit eingebettetem Flash -Speicher, zusätzlich zum 45.4 Milliarden bekannte Einzelflash -Chip -Verkäufe ab 2015^{[aktualisieren]}, insgesamt mindestens 196,5 Milliarden Chips mit Flash -Speicher.

Blitzskalierbarkeit

Aufgrund seiner relativ einfachen Struktur und des hohen Nachfrage nach höherer Kapazität ist der NAND -Flash -Speicher am aggressivsten Skalierte Technologie unter elektronische Geräte. Der starke Wettbewerb unter den besten Herstellern trägt nur zur Aggressivität bei der Verkleinerung des schwimmend-gate MOSFET Designregel oder Prozesstechnologieknoten.^[87] Während die erwartete Schrumpfzeitleiste alle drei Jahre pro Originalversion von zwei zwei Jahre lang ist Moores GesetzDies wurde kürzlich im Fall von NAND -Flash auf zwei Jahre zu einem Faktor von zwei beschleunigt.

ITRS oder Gesellschaft	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018
ITRS Flash Roadmap 2011[192]	32 nm	22 nm	20 nm	18 nm	16 nm
Aktualisierte ITRs Flash Roadmap[193]					17 nm	15 nm	14 nm
Samsung[192][193][194] (Samsung 3d Nand)[193]	35–20 nm[30]	27 nm	21 nm (MLC, TLC)	19–16 nm 19–10 nm (MLC, TLC)[195]	19–10 nm V-NAND (24L)	16–10 nm V-NAND (32L)	16–10 nm	12–10 nm	12–10 nm
Mikron, Intel[192][193][194]	34–25 nm	25 nm	20 nm (MLC + HKMG)	20 nm (TLC)	16 nm	16 nm 3d Nand	16 nm 3d Nand	12 nm 3d Nand	12 nm 3d Nand
Toshiba, Wd (Sandisk)[192][193][194]	43–32 nm 24 nm (Toshiba)[196]	24 nm	19 nm (MLC, TLC)		15 nm	15 nm 3d Nand	15 nm 3d Nand	12 nm 3d Nand	12 nm 3d Nand
SK Hynix[192][193][194]	46–35 nm	26 nm	20 nm (MLC)		16 nm	16 nm	16 nm	12 nm	12 nm

Als die Mosfet Die Merkmalsgröße von Flash-Speicherzellen erreicht die Mindestgrenze von 15 bis 16 nm. Eine weitere Flash-Dichte erhöht sich durch TLC (3 Bit/Zelle) in Kombination mit vertikalem Stapeln von NAND-Speicherebenen. Die Abnahme der Ausdauer und die Erhöhung der nicht korrigierbaren Bitfehlerraten, die die Merkmalsgröße einhergehen, kann durch verbesserte Fehlerkorrekturmechanismen kompensiert werden.^[197] Trotz dieser Fortschritte kann es unmöglich sein, den Blitz auf immer kleinere Abmessungen wirtschaftlich zu skalieren, wenn sich die Anzahl der Elektronenhaltekapazität verringert. Viele vielversprechende neue Technologien (wie z. Feram, MRAM, PMC, PCM, Reramund andere) werden als möglicher skalierbarer Ersatz für Flash untersucht.^[198]

Zeitleiste

Datum der Einführung	Chipname	Speicherpaketkapazität Megabits (MB), Gigabits (GB), Terabits (TB)	Blitztyp	Zelltyp	Schichten oder Schichtenstapel	Hersteller (en)	Verfahren	Bereich	Ref
1984	?	?	NOCH	SLC	1	Toshiba	?	?	[19]
1985	?	256 kb	NOCH	SLC	1	Toshiba	2.000 nm	?	[27]
1987	?	?	NAND	SLC	1	Toshiba	?	?	[1]
1989	?	1 MB	NOCH	SLC	1	Sieheq, Intel	?	?	[27]
		4 MB	NAND	SLC	1	Toshiba	1.000 nm
1991	?	16 MB	NOCH	SLC	1	Mitsubishi	600 nm	?	[27]
1993	DD28F032SA	32 MB	NOCH	SLC	1	Intel	?	280 mm²	[199][200]
1994	?	64 MB	NOCH	SLC	1	NEC	400 nm	?	[27]
1995	?	16 MB	Dinor	SLC	1	Mitsubishi, Hitachi	?	?	[27][201]
			NAND	SLC	1	Toshiba	?	?	[202]
		32 MB	NAND	SLC	1	Hitachi, Samsung, Toshiba	?	?	[27]
		34 MB	Serie	SLC	1	Sandisk
1996	?	64 MB	NAND	SLC	1	Hitachi, Mitsubishi	400 nm	?	[27]
				QLC	1	NEC
		128 MB	NAND	SLC	1	Samsung, Hitachi	?
1997	?	32 MB	NOCH	SLC	1	Intel, scharf	400 nm	?	[203]
			NAND	SLC	1	AMD, Fujitsu	350 nm
1999	?	256 MB	NAND	SLC	1	Toshiba	250 nm	?	[27]
				MLC	1	Hitachi	1
2000	?	32 MB	NOCH	SLC	1	Toshiba	250 nm	?	[27]
		64 MB	NOCH	QLC	1	Stmicroelectronics	180 nm
		512 MB	NAND	SLC	1	Toshiba	?	?	[204]
2001	?	512 MB	NAND	MLC	1	Hitachi	?	?	[27]
		1 Gibit	NAND	MLC	1	Samsung
					1	Toshiba, Sandisk	160 nm	?	[205]
2002	?	512 MB	NROM	MLC	1	Saifun	170 nm	?	[27]
		2 GB	NAND	SLC	1	Samsung, Toshiba	?	?	[206][207]
2003	?	128 MB	NOCH	MLC	1	Intel	130 nm	?	[27]
		1 GB	NAND	MLC	1	Hitachi
2004	?	8 GB	NAND	SLC	1	Samsung	60 nm	?	[206]
2005	?	16 Gigabyte	NAND	SLC	1	Samsung	50 nm	?	[30]
2006	?	32 GB	NAND	SLC	1	Samsung	40 nm
Apr-07	Thgam	128 GB	NAND gestapelt	SLC		Toshiba	56 nm	252 mm²	[46]
Sep-07	?	128 GB	NAND gestapelt	SLC		Hynix	?	?	[47]
2008	Thgbm	256 GB	NAND gestapelt	SLC		Toshiba	43 nm	353 mm²	[48]
2009	?	32 GB	NAND	TLC		Toshiba	32 nm	113 mm²	[28]
		64 GB	NAND	QLC		Toshiba, Sandisk	43 nm	?	[28][29]
2010	?	64 GB	NAND	SLC		Hynix	20 nm	?	[208]
				TLC		Samsung	20 nm	?	[30]
	Thgbm2	1 TB	NAND gestapelt	QLC		Toshiba	32 nm	374 mm²	[49]
2011	KLMCG8GE4A	512 GB	NAND gestapelt	MLC		Samsung	?	192 mm²	[209]
2013	?	?	NAND	SLC		SK Hynix	16 nm	?	[208]
		128 GB	V-NAND	TLC		Samsung	10 nm	?
2015	?	256 GB	V-NAND	TLC		Samsung	?	?	[195]
2017	EUFS 2.1	512 GB	V-NAND	TLC	8 von 64	Samsung	?	?	[52]
		768 GB	V-NAND	QLC		Toshiba	?	?	[210]
	Klufg8r1em	4 TB	Gestapelter V-Nand	TLC		Samsung	?	150 mm²	[52]
2018	?	1 TB	V-NAND	QLC		Samsung	?	?	[211]
		1,33 TB	V-NAND	QLC		Toshiba	?	158 mm²	[212][213]
2019	?	512 GB	V-NAND	QLC		Samsung	?	?	[53][54]
		1 TB	V-NAND	TLC		SK Hynix	?	?	[214]
	EUFS 2.1	1 TB	Gestapelter V-Nand[215]	QLC	16 von 64	Samsung	?	150 mm²	[53][54][216]

Siehe auch

• EMMC
• Flash memory controller
• Liste der Flash -Dateisysteme
• Liste der Hersteller von Flash -Speichercontrollern
• microSDXC (bis zu 2TB) und das Nachfolgeformat sichern digitale Ultra -Kapazität (KapazitätSduc) Unterstützende Karten bis zu 128Tib
• Öffnen Sie die Arbeitsgruppe der NAND Flash -Schnittstelle
• Mostlehige Erinnerung (Rmm)
• Universeller Flash -Speicher
• USB -Flash -Laufwerk Sicherheit
• Verstärkung schreiben

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

• Das Halbleitercharakterisierungssystem hat unterschiedliche Funktionen
• NAND -Architekturen mit höherer Leistung verstehen und auswählen Archiviert 31. Oktober 2012 bei der Wayback -Maschine
• Wie Flash Storage funktioniert, Präsentation von David Woodhouse von Intel
• Flash -Ausdauer -Test
• Nand Flash Data Recovery -Kochbuch
• Art des Flash -Speichers durch OpenWrt