Fleš memorija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Za druge upotrebe, pogledajte Memorija (višeznačna odrednica).
Fleš memorija unutar USB stika
Fleš memorija unutar USB stika

Fleš memorija ili fleš EEPROM je vrsta EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) memorije. Fleš memorija predstavlja elektronski ne-nestabilnii računarski medijum za skladištenje, koji se može električno izbrisati i reprogramirati. Fleš memorija funkcioniše tako što su dva tranzistora međusobno odvojena tankim slojem oksida. Jedan od tranzistora je poznat kao plutajuća vrata, a drugi kao kontrolna kapija. Jedina veza plutajuće kapije sa redom, ili linijom reči, je kroz kontrolne kapiju. Dokle god je ova veza na mestu, ćelija ima vrednost 1. Da biste promenili vrednost na 0, koristi se zanimljiv proces koji se zove Fovler-Nordheimov tunel.

Fleš memorija je predstavljena je od strane Toshiba-e 1984, fleš memorija je razvijena uz pomoć EEPROM-a (električno izbrisiva programabilna memorija samo za čitanje). Postoje dve glavne vrste fleš memorije, koja su imenovani po NAND i NOR logičkim kolima. Pojedinačne fleš memorijske ćelije pokazuju unutrašnje osobine slične onima kod odgovarajućih logičkih kola.

Dok EPROM-i moraju biti potpuno izbrisani pre nego što se prepišu, tip NAND fleš memorije može da se piše i čita u blokovima (ili stranama), koji su generalno mnogo manji nego ceo uređaj. NOR tip fleš memorije omogućava upis jedne mašinske reči (bajt) - na obrisanu lokaciju - ili nezavisno čitanje.

Tip NAND se prvenstveno koristi za memorijske kartice, USB fleš diskove, poluprovodničke (SSD) diskove (one proizvedene u 2009. ili kasnije) i slične proizvode, za opšte skladištenje i prenos podataka. NAND ili NOR fleš memorija se takođe često koriste za skladištenje podataka o konfiguraciji u brojnim digitalnim proizvodima, zadatak koji je prethodno omogućavao EEPROM ili statički RAM sa baterijama. Jedan značajan nedostatak fleš memorije je konačan broj čitanja / pisanja ciklusa u određenom bloku.

Primer primene obe vrste fleš memorije predstavljaju personalni računari, PDA, digitalni audio plejeri, digitalne kamere, mobilni telefoni, sintisajzeri, video igre, naučni instrumenti, industrijska robotika, Medicinska elektronika i tako dalje. Pored toga što je ne-nestabilna, fleš memorija nudi brzi pristup čitanju, jednako brz kao i kod dinamičkog RAM-a, mada ne tako brz kao statički RAM ili ROM. Njegova mehanička otpornost na udarce pomaže da objasni svoju popularnost preko tvrdih diskova u prenosivim uređajima, kao i svoju visoku izdržljivost. U stanju je da izdrži visok pritisak, temperaturu, potapanje u vodu, itd.[1]

Iako je fleš memorija tehnički tip EEPROM-a, termin "EEPROM" se uglavnom odnosi na ne-fleš EEPROM koji je obrisiv u malim blokovima, tipično bitovima. Pošto su ciklusi brisanja spori, brisanje velikih blokova odjednom joj daju značajnu prednost u odnosu na brzinu ne fleš EEPROM memorije prilikom pisanja velike količine podataka. Od 2013. godine, fleš memorija košta mnogo manje nego bajt-programiran EEPROM fleš memorija i to je postao dominantan tip memorije gde god sistem zahteva značajnu količinu ne-nestabilnog, poluprovodničkog skladištenja.

Istorijat[uredi | uredi izvor]

Fleš memoriju (i NOR i NAND vrstu) je izmislio dr Fujio Masuoka dok je radio za Toshiba 1980-te. [2]Prema Toshibi, naziv "Fleš" je predložio Masuokov kolega, Shoji Ariizumi, jer ga je proces brisanja memorijskih sadržaja podsetio na blic kamere.[3] Masuoka je sa kolegama predstavio izum na IEEE 1984 Internacionalnom skupu za elektronske uređaje (IEDM) koji je održan u San Francisku.[4]

U Intel korporaciji su videli ogroman potencijal pronalaska i predstavili prvi komercijalni NOR tip fleš čipa u 1988.[5] NOR-baziran fleš poseduje dugo vreme brisanja i pisanja, ali obezbeđuje potpune adresne i magistrale podataka, omogućavajući slučajan pristup bilo kojoj memorijskoj lokaciji. Time predstavlja pogodnu zamenu za starije memorija samo za čitanje (ROM) čipove, koji se koriste za čuvanje programskog koda koji retko treba da bude ažuriran, kao što je BIOS računara ili uopšteno firmvera nekog uređaja. Njegova izdržljivost može biti od 100 ciklusa brisanja za integrisanu fleš memoriju,[6] do 100.000 ciklusa brisanja, pa i 1.000.000 za ostale tipove.[7] NOR-baziran fleš je bio osnova za najranije prenosive medije koje su koristile fleš tehnologiju; Kompakt fleš je prvobitno bio baziran na ovoj tehnologiji, mada su kasnije kartice počele da koriste jeftiniji NAND fleš.

Kod NAND fleša je smanjeno vreme brisanja i pisanja, i zahteva manje čipove po ćeliji, omogućavajući veću gustinu skladištenje i nižu cenu po bitu od NOR fleša; Takođe, ima i do deset puta veću izdržljivost od NOR fleeša. Međutim, U/I interfejs NAND fleša ne obezbeđuje slučajno-pristupnu spoljno-adresnu magistralu. Umesto toga, podaci moraju biti pročitani na blokovnoj osnovi, sa tipičnom veličinom bloka od nekoliko stotina do nekoliko hiljada bitova. To čini NAND fleš neodgovarajućim za brzu zamenu za program ROM, jer većina mikroprocesora i mikrokontrolera zahtevaju slučajan pristup na nivou bajta. U tom smislu, NAND fleš je sličan ostalim sekundarnim uređajima za skladištenje podataka, kao što su tvrdi diskovi i optički mediji, pa je tako vrlo pogodan za korišćenje u uređajima za masovno skladištenje, kao što su memorijske kartice. Prvi format prenosivog medija na bazi NAND tehnologije je bio SmartMedia 1995. godine, a mnogi drugi su sledili, uključujući:

  • Multimedijalna kartica
  • Sekjur digital
  • Memorijski stik, i kd-slikovna kartica.

Nova generacija formata memorijskih kartica, uključujući i RS-MMC, miniSD i mikroSD, i inteligentni stik, imaju izuzetno male dimenzije. Na primer, mikroSD kartica ima površinu od 1,5 cm², sa debljinom manjom od 1 mm. MikroSD je, od marta 2015. godine, kapaciteta u rasponu od 64 MB do 200 GB.

NOR fleš[uredi | uredi izvor]

U okviru NOR fleša, svakoj ćeliji je jedan kraj direktno povezan na uzemljenje, a drugi kraj je povezan direktno na bitnu liniju. Ovaj aranžman se zove "NOR fleš", jer se ponaša kao NOR logičko kolo: kada je jedna od reči linije (povezanih sa CG od ćelije) podignuta, odgovarajući skladišni tranzistor deluje kako bi spustio izlaznu bintu liniju. NOR fleš nastavlja da bude tehnologija izbora za ugrađene aplikacije koje zahtevaju diskretnu trajnu memoriju uređaja. Niska kašnjenja pri čitanju karakteristika NOR uređaja omogućava i za neposredno izvršenje koda i skladištenje podataka u jednom memorijskom proizvodu.[8]

Programiranje[uredi | uredi izvor]

Jedan nivo NOR fleš ćelija je u svom podrazumevanom stanju logično ekvivalentan binarnoj vrednosti "1", jer će struja teći kroz kanal primenom odgovarajućeg napona na
kontrolnim vratima, tako da bitline napon biti spušten. NOR fleš ćelija može da se programira, ili može da bude postavljena na binarnu vrednost "0", prema sledećoj proceduri:

Programiranje NOR memorijske ćelije (podešavanje na logičko 0), preko vrućeg elektronskog ubrizgavanja.
  • povišen napon (tipično> 5 V) se primenjuje na CG
  • kanal je sada uključen, tako da elektroni mogu da teku od izvora do slivnika (pod pretpostavkom da je tu NMOS tranzistor)
  • Izvorna struja je dovoljno visoka da izazove neke elektrone visoke energije da skoče kroz izolacioni sloj na FG, preko procesa pod imenom toplo-elektron ubrizgavanje.

Brisanje[uredi | uredi izvor]

Da biste obrisali NOR fleš ćeliju (resetovanje na stanje "1"), veliki napon suprotnog polariteta se primenjuje između CG i izvornog terminala, vuče elektrone od FG kvantnim tunelingom. Moderni NOR fleš memorijski čipovi su podeljeni u brišuće segmentie (često zvani blokovi ili sektori). Operacija brisanje se može izvršiti samo na blokovnoj osnovi; sve ćelije u jednom segmentu za brisanje moraju biti izbrisane zajedno. Programiranje NOR ćelija, međutim, generalno se može izvoditi po jedan bajt ili reč istovremeno.

Brisanje NOR memorijske ćelije (podešavanje na logičko 1), preko kvantnog tuneliranja.

NAND fleš[uredi | uredi izvor]

NAND fleš takođe koristi tranzistore sa plutajućim kapijama, ali su povezani na način koji podseća na NAND kapije: nekoliko tranzistora je povezani u nizu, a bit linija je spuštena samo ako su sve linije reči podignute (iznad VT tranzistora). Ove grupe su tada povezane preko nekih dodatnih tranzistora u NOR-stilu niza bit linija na isti način na koji su pojedinačni tranzistori povezani u NOR flešu.

U poređenju sa NOR flešom, zamena pojedinačnih tranzistora sa serijskim povezanim grupama dodaje dodatni nivo adresiranja. Dok se NOR fleš može obratiti memoriji po stranici pa reči, NAND fleš se može obratiti po stranici, reči i bitu. Adresiranje na nivou bita odgovara bitsko-serijskim aplikacijama (kao što je emulacija čvrstih diskova), koji pristupaju memoriji po jedan bit u isto vreme. Aplikacije koje se izvršavaju direktno iz memorije, s druge strane, zahtevaju da se svakom bitu u reči može pristupati istovremeno. To zahteva adresiranje na nivou reči. U svakom slučaju, i bit i reč modovi adresiranja su mogući i sa NAND i sa NOR fleš memorijom.

Prilikom čitanja, prvo se odabira željena grupa (na isti način na koji je pojedinačni tranzistor izabran iz NOR niza). Dalje, većina linija reči ide iznad VT od programiranog bita, dok se jedna od njih izvukla tik iznad VT jednog izbrisanog bita. Grupa serija će sprovesti (i povući liniju bita nadole) ako izabrani bit nije programiran.

Uprkos dodatnim tranzistorima, smanjenje kablova za uzemljenje i bit linija omogućava gušći izvod i veći kapacitet skladištenja po čipu. (kablovi za uzemljenje i bit linije su zapravo mnogo širi od linija u dijagramima). Pored toga, NAND flešu je obično dozvoljeno da sadrži određeni broj grešaka (od NOR fleša, koji se koristi za BIOS ROM, se očekuje se da će biti bez grešaka). Proizvođači pokušavaju maksimizuju količinu upotrebljivog skladišta smanjivanjem veličine tranzistora.

Kapacitet[uredi | uredi izvor]

Više čipova je često postavljeno u nizu ko bi mogli da postignu veće kapacitete[9] za upotrebu u potrošačkim elektronskim uređajima kao što su multimedijalni plejeri ili GPS uređaji. Kapacitet fleš čipova uglavnom prati Murov zakon jer su proizvedeni sa istim tehnikama za integrisana kola i opreme.

Potrošački uređaji fleš memorije obično se reklamiraju sa upotrebljivim veličinama izraženih kao mali ceo broj stepenovan na 2 (2, 4, 8, itd) i oznaka megabajta (MB) ili gigabajta (GB); npr, 512 MB, 8 GB. Ovo uključuje poluprovodničke (SSD) diskovekoji se reklamiraju kao zamena za tvrde diskove, koji koriste decimalne prefikse. Prema tome, SSD disk označen kao "64 GB" sadrži najmanje 64 × 1,0003 bajta (64 GB). Većina korisnika će imati nešto manji kapacitet od navedenog na raspolaganju za svoje fajlove, zbog prostora koji zauzimaju sistemski metapodaci.

Fleš memorijski čipovi unutar njih su veličine u strogim binarnim multiplikatorima, ali stvarni ukupni kapacitet čipova nije upotrebljiv u okviru interfejsa uređaja. Isti je znatno veći od reklamiranog kapaciteta kako bi se omogućile distribucije upisa (nivelisanje usled potrošnje), za uparivanje, za kodove za ispravljanje grešaka, kao i za druge metapodatke koje su potrebni unutrašnjem firmveru uređaja.

U 2005. godini, Toshiba i SanDisk su razvili NAND fleš čip sposoban za skladištenje 1 GB podataka korišćenjem tehnologije ćelija na više nivoa (MLC), sposobnu za skladištenje dva bita podataka po ćeliji. U septembru 2005. godine, kompanija Samsung elektroniks saopštila je da je razvila prvi svetski 2 GB čip.[10]

U martu 2006. godine, Samsung je najavio fleš diskove sa kapacitetom od 4 GB, u suštini isti red veličine kao manji laptop hard diskovi, a u septembru 2006. godine, Samsung je najavio 8 GB čip proizveden korišćenjem procesa proizvodnje od 40 nm.[11] U januaru 2008. godine, Transcend je najavio dostupnost svojih 16 GB mikroSDHC i 32 GB SD kartica plus.

Noviji fleš drajvovi (od 2012) imaju mnogo veće kapacitete od 64, 128, i 256 GB.[12]

Zajednički razvoj Intel-a i Mikron-a će omogućiti proizvodnju od 32-slojnog 3,5 terabajtnog (TB) NAND fleš stikova i 10 TB SSD disk standardne veličine. Uređaj sadrži 5 paketa od 16 puta 48 GB TLC (ćelije trostrukog nivoa) ćelija, koristeći dizajn plutajućih kapija ćelije.[13]

I dalje će postojati proizvodnja fleš čipova sa kapacitetima ispod ili oko 1 MB, npr, za BIOS-ROM i ugrađenih aplikacija.

Skalabilnost[uredi | uredi izvor]

Zbog relativno jednostavne strukture i velike potražnje za većim kapacitetom, NAND fleš memorija je najagresivnije smanjivana tehnologija među elektronskim uređajima. Teška konkurencija među prvih nekoliko proizvođača samo povećava agresivnost u smanjivanju pravila dizajna ili čvora tehnoloških procesa. Iako je očekivano smanjivanje duplo svake tri godine po originalnoj verziji Murov zakona, nedavno je ubrzano u slučaju NAND Fleša na dve godine.

The aggressive trend of the shrinking process design rule or technology node in NAND flash memory technology effectively accelerates Moore's Law.
ITRS or company 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
ITRS Flash Roadmap 2011[14] 32 nm 22 nm 20 nm 18 nm 16 nm
Updated ITRS Flash Roadmap[15] 17 nm 15 nm 14 nm
Samsumg[14][15]
Samsung 3D NAND[15]		 35-32 nm 27 nm 21 nm (MLC, TLC) 19 nm 19-16 nm
V-NAND (24L)		 12 nm
V-NAND (32L)		 12 nm
Micron, Intel[14][15] 34-25 nm 25 nm 20 nm (MLC + HKMG) 20 nm (TLC) 16 nm 3D-NAND 3D-NAND Gen2
Toshiba, Sandisk[14][15] 43-32 nm 24 nm 19 nm (MLC, TLC) 15 nm 3D NAND BiCS 3D NAND BiCS
SK Hynix[14][15] 46-35 nm 26 nm 20 nm (MLC) 16 nm

Kako veličina fleš memorijskih ćelija dostiže minimum ograničenje, dodatna povećavanja gustine memorije će biti vođeni većim nivoom MLC (tehnologije ćelija na više nivoa), najverovatnije 3-D slaganje tranzistora, i poboljšanjem procesa proizvodnje. Smanjenje izdržljivosti i povećanje nepopravljivih brzina bit grešaka koje prate skupljanje može se kompenzovati poboljšanim mehanizmima ispravljanja grešaka.[16] Čak i sa ovim napretkom, neće biti moguće ekonomično skalirati fleš memoriju na još manje, pošto se kapacitet za smeštaj elektrona smanjuje. Mnogi obećavaju da su nove tehnologije (kao što su FeRAM, MRAM, PMC, PCM, ReRAM, i druge) u istraživanju i razvoju kao moguće više skalabilne zamene za fleš.[17]

Dalji razvoj fleš memorija[uredi | uredi izvor]

Fleš memorija se brzo menja, sa brojnim inovacijama koje se kreću od uređaja manjih obima do mejnstrim uređaja. Kompanije kao što su Intel i Samsung predviđaju veliki napredak sa 3D NAND, gde je osnovna arhitektura fleš memorije (jedan tranzistor-po-ćeliji) naslagana u trodimenzionalne nizove u čipu. Intel u saradnji sa svojim partnerom Mikronom, predviđa 48 GB po čipu u narednoj godini, kombinujući 32-duboku 3D NAND sa ćelijama na više nivoa (MLC) koja duplira skladištenje po tranzistoru. Kompanija kaže da će to stvoriti 1TB SSD disk koji će se uklopiti u form-faktor mobilnih uređaja i biti mnogo konkurentniji sa potrošačkim tvrdim diskovima - i dalje oko pet puta jeftinije u toj veličini - i 10TB klasa za preduzeća SSD diskova, do 2018. godine.

Druga tehnologija koja je na putu da postane zrelija u 2015., je ćelija trostrukog nivoa (TLC) fleša. Originalne fleš memorijske ćelije se često opisuju kao nešto što poseduje jedan od dva napona koji se čuvaju u njima, jedan za vrednost 1 i drugi za vrednost 0. Ovo nije sasvim tačno: preciznije je da ćelija sadrži niz napona, sa jednim ospegom napona sa značenjem 1. i drugog opsega napona sa značenjem 0. Ovi rasponi mogu biti prilično široki i široko razdvojeni, omogućavajući okolnim strujnim kolima da ubacuju dovoljno dobar napon pri upisu i lako suočavanje sa nezgodnim izlazima prilikom čitanja.

MLC, ćelije na više nivoa, imaju četiri opsega napona koji odgovaraju 00, 01, 10 i 11 - ekvivalento sa dve ćelije na jednmm nivou i na taj način se dobija dvostruka gustina u istom prostoru. Ovo dolazi sa značajnim dodatnim poteškoćama, a čitanje i upis su sporiji, životni vek je kraći i pojavljuje se više grešaka. Međutim, sa dvostrukim kapacitetom za iste veličine (tj. cene) takvi problemi mogu biti prevaziđeni.

Velika razlika za 2015. godinu je sazrevanje tehnologije drajvera za prevazilaženje brzine TLC-a, radnog veka i pouzdanosti. Kao i kod vrhunskih procesora i komunikacije, ključ za ekonomski razvoj predstavlja predviđanje, karakterizaciju i projektovanje za otklon greškaka. Jedan pristup, po dizajneru čipova drajvera, Silicon Motion, koristi tri osnovna sloja za upravljanje greškama. TLC još uvek ima neke velike probleme koji će ograničiti njegovu primenu, kao što je mnogo manji limit za upis u toku svog života, što bi moglo prvenstveno da se koristi za brzi pristup jednog-upisa u arhivama, kao što je korisnički oblak podataka.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ „Owners of QM2 seabed camera found”. BBC News. 11. 2. 2010. 
  2. ^ Fulford, Benjamin (24. 6. 2002). „Unsung hero”. Forbes. Pristupljeno 18. 3. 2008. 
  3. ^ „NAND Flash Memory: 25 Years of Invention, Development - Data Storage - News & Reviews - eWeek.com”. eweek.com. Arhivirano iz originala 28. 04. 2017. g. Pristupljeno 11. 05. 2015. 
  4. ^ Masuoka, F.; Momodomi, M.; Iwata, Y.; Shirota, R. (1987). „New ultra high density EPROM and flash EEPROM with NAND structure cell”. Electron Devices Meeting, 1987 International. IEEE. Pristupljeno 4. 1. 2013. 
  5. ^ Tal, Arie (2002). „NAND vs. NOR flash technology: The designer should weigh the options when using flash memory”. Arhivirano iz originala 28. 07. 2010. g. Pristupljeno 31. 7. 2010. 
  6. ^ „H8S/2357 Group, H8S/2357F-ZTATTM, H8S/2398F-ZTATTM Hardware Manual, Section 19.6.1” (PDF). Renesas. 2004. Arhivirano iz originala (PDF) 15. 11. 2012. g. Pristupljeno 23. 1. 2012. „The flash memory can be reprogrammed up to 100 times.” 
  7. ^ „AMD DL160 and DL320 Series Flash: New Densities, New Features” (PDF). AMD. 10. 7. 2003. Pristupljeno 13. 11. 2014. „The devices offer single-power-supply operation (2.7 V to 3.6 V), sector architecture, Embedded Algorithms, high performance, and a 1,000,000 program/erase cycle endurance guarantee.” 
  8. ^ Zitlaw, Cliff. „The Future of NOR Flash Memory”. Memory Designline. UBM Media. Pristupljeno 3. 5. 2011. 
  9. ^ „Flash vs DRAM follow-up: chip stacking”. The Daily Circuit. 22. 4. 2012. Arhivirano iz originala 24. 11. 2012. g. Pristupljeno 22. 4. 2012. 
  10. ^ Shilov, Anton (12. 9. 2005). „Samsung Unveils 2GB Flash Memory Chip”. X-bit labs. Arhivirano iz originala 24. 12. 2008. g. Pristupljeno 30. 11. 2008. 
  11. ^ Gruener, Wolfgang (11. 9. 2006). „Samsung announces 40 nm Flash, predicts 20 nm devices”. TG Daily. Arhivirano iz originala 23. 03. 2008. g. Pristupljeno 30. 11. 2008. 
  12. ^ http://www.pcworld.com/businesscenter/article/225370/look_out_for_the_256gb_thumb_drive_and_the_128gb_tablet.html Arhivirano na sajtu Wayback Machine (21. januar 2012); http://techcrunch.com/2009/07/20/kingston-outs-the-first-256gb-flash-drive/ 20 July 2009, Kingston DataTraveler 300 is 256 GB.
  13. ^ Borghino, Dario (31. 3. 2015). „3D flash technology moves forward with 10 TB SSDs and the first 48-layer memory cells”. Gizmag. Pristupljeno 2015.  Proverite vrednost paramet(a)ra za datum: |access-date= (pomoć)
  14. ^ a b v g d „Technology Roadmap for NAND Flash Memory”. techinsights. 2013. Arhivirano iz originala 09. 01. 2015. g. Pristupljeno 9. 1. 2015. 
  15. ^ a b v g d đ „Technology Roadmap for NAND Flash Memory”. techinsights. 2014. Arhivirano iz originala 09. 01. 2015. g. Pristupljeno 9. 1. 2015. 
  16. ^ Lal Shimpi, Anand (2. 12. 2010). „Micron's ClearNAND: 25nm + ECC, Combats Increasing Error Rates”. Anandtech. Pristupljeno 2. 12. 2010. 
  17. ^ Kim & Koh 2004, str. 377–384

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Fleš memorija na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Флеш_меморија&oldid=27552873”