Flash-Speicher

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Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft
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Einführung
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Technik
◦ Wieso „Flash“?
◦ Funktionsprinzip
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Die Flash-Zelle
Der Source-Drain-Kanal
Beschreiben des Floating Gates
Auslesen der Zelle
Löschen der Zelle
◦ Architekturen
 NOR
 NAND
 Vergleich
◦ Anzahl Löschzyklen
◦ Kenngrößen
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Vor-/ Nachteile
SSD und HHD
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Genaue Bezeichnung: Flash-EEPROM
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Halbleitertechnik
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Nicht flüchtig (non-volatil)
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Beispiele für Verwendung
◦ USB-Sticks, Speicherkarten, zur Speicherung von
Firmware, Solid State Drives und Hybridfestplatten
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Traditionelles EEPROM:
◦ Selektives Löschen einzelner Zellen möglich
◦ Dafür vor jeder Zelle einen eigenen Transistor
 Niedrigere Speicherdichte
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Flash-EEPROM
◦ Nur sektorenweise löschbar („flashen“)
◦ Kein zusätzlicher Transistor für jede Zelle
◦ Sektor muss vor jeder Änderung gelöscht werden
EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

Information = Elektronen in einen Transistor
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Floating Gate (Transistor)
◦ Entweder leitet (logisch 1) oder sperrt (logisch 0)
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Ein Isolator schneidet Floating Gate von
Stromzufuhr ab
Ladung ist „gefangen“
Ladungszustandsänderung durch Tunneleffekt, der
Elektronen durch Nichtleiter lässt




ähnelt einen FET
2 Gates: Control Gate; Floating Gate
Elektronen auf CG verändern Schwellspannung
Elektronen auf FG kodieren Bit
 Strom kann bei ungeladenen Zustand durch den Kanal fließen
 CHE: Channel Hot Electron
 Verfahren um benötigte Spannung zu reduzieren
 Source-Drain-Strecke dient als Elektronenbeschleuniger
 Erzeugt durch elektrisches Feld einen leitenden Kanal
zwischen Source und Drain
 Elektronen werden durch hohe negative Löschspannung wieder
„herausgezogen“

Es lassen sich nur Blöcke löschen
◦ 256 Bytes bis 128 KByte
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Schreiboperationen die Daten verändern
◦ Machen Lesen und Modifikation in einem Puffer, und
evtl. zurückschreiben in die Flash-Zelle notwendig
Deutliche Unterschiede bei Schreib- und Leserate
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Speicherzellen sind
über Datenleitungen
parallel geschaltet
Zugriff kann wahlfrei
und direkt erfolgen
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Serienschaltung
Beim Auslesen einer
einzelnen Zelle –
müssen die anderen in
der Kette maskiert
werden
Wird Blockweise über
interne Register
angesprochen
NOR- Flash:
NAND - Flash:
+ einfacher ansteuerbar
+ schnelleres Lesen
+
+
+
+
-
relativ teuer
keine hohe Speicherdichte
Verwendung:
Bootcodeund Firmwarespeicher
schnelleres Schreiben
höhere Speicherdichte
höhere Kapazitäten
mehr Löschzyklen
- Aufwendige Controller-Technik
Verwendung:
USB-Sticks, Speicherkarten, SSD‘s,
HHD‘s etc.
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Anzahl ist begrenzt:
◦ ca. 100 000 – 1 000 000 bei NANDFlash
◦ ca. 10 000 bei NOR-Flash

Löschvorgang = hohe Spannungen
◦ Oxid-Schicht wird mit jeden
Löschvorgang ein klein wenig
beschädigt (Degradation)
◦ Bei Wegfall der Oxid-Schicht, bleiben
Informationen nicht mehr im Floating
Gate
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Endurance:
◦ Garantierte von Löschzyklen ohne Defekt
◦ Typischer Wert: 100 000 bzw. 1 000 000
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Retention:
◦ Zeitspanne, in der Daten lesbar bleiben
◦ Elektronen können spontan von Floating Gate
abwandern
◦ Typischer Wert: 10 Jahre
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Nicht Flüchtig
Geringer Energieverbrauch
Resistent gegen Erschütterungen und
magnetischen Feldern
Geringes Gewicht
Geräuschlos
Sehr hohe Datendichte
Kurze Zugriffszeiten (im Vergleich zu Festplatten
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Teurer als Festplatten und optische Speicher
Langsamer als RAM
Löschen nur ganzer Sektoren
Komplexe Ansteuerung
Begrenzte Anzahl von Schreibzyklen
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Aus Speicherchips aufgebaut, wird
festplattenartig angesprochen
Große Schock- und Temperaturtoleranz
Soll die Festplatte in den nächsten Jahren vor
allem im mobilen Bereich und später
komplett verdrängen
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Mischung aus persistenten Halbleiterspeicher
und magnetischen Speicher
Soll Lese-/Schreibkopf entlasten
Ansatz zur Verbindung von Vorteilen von
Flash- und traditionellen Festplattenspeicher
Danke für Eure Aufmerksamkeit
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