Informatik für den Satellitenbau
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<strong>Informatik</strong> <strong>für</strong> <strong>den</strong> <strong>Satellitenbau</strong><br />
HalbleiterSpeicher<br />
Sergio Montenegro<br />
Sergio.Montenegro@dlr.de<br />
DLRRY<br />
Deutsches Zentrum <strong>für</strong> Luft und Raumfahrt DLR<br />
Institut <strong>für</strong> Raumfahrtsysteme<br />
(German Aerospace Center)<br />
RobertHookeStr. 7<br />
D28359 Bremen<br />
Tel. +49 421 24420 131<br />
Weltraummissionen : John Richardson<br />
FPGAs: Ebrahim Haririan<br />
Mikroprozessoren: Benjamin Vogel<br />
Speicher: Matthias Klaer<br />
Kommunikation: Ebrahim Haririan<br />
ToolChains: Benjamin Vogel<br />
Weltraum Eigenschaften:<br />
Sergio Montenegro<br />
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Volatile<br />
SRAM<br />
DRAM<br />
Halbleiterspeicher<br />
RAM ROM<br />
Innovativ<br />
(nonvolatile)<br />
PRAM<br />
PMC<br />
MRAM<br />
FeRAM<br />
Matthias Klaer<br />
reversibel<br />
Flash<br />
EEProm<br />
EProm<br />
irreversibel<br />
MROM<br />
PROM<br />
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Volatile<br />
SRAM<br />
DRAM<br />
Halbleiterspeicher<br />
RAM ROM<br />
Innovativ<br />
(nonvolatile)<br />
PRAM<br />
PMC<br />
MRAM<br />
FeRAM<br />
Matthias Klaer<br />
reversibel<br />
Flash<br />
EEProm<br />
EProm<br />
irreversibel<br />
MROM<br />
PROM<br />
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SRAM<br />
SRAM = Static Random Access Memory<br />
Speicherung erfolgt in FlipFlops<br />
sehr schnell<br />
kein Refresh nötig<br />
rel. hoher Stromverbrauch<br />
Einsatz als L1, L2 und L3Cache<br />
Synchrones / asynchrones Interface<br />
Basis <strong>für</strong> FIFO‘s, DPR, Video RAM…<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.eeherald.com/section/designguide/esmod15.html
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SRAM: Prinzip<br />
Zwei rückgekoppelte Inverter (2 NMOS, 2 PMOS) und zwei Schreib/LeseSchalter<br />
(2 NMOS)<br />
Horizontale WordLeitung aktiviert die Schreib/LeseSchalter, die BitLeitungen (Bit<br />
und !Bit) verlaufen vertikal<br />
Zum Schreiben wer<strong>den</strong> Bit und !Bit auf 1/0 oder 0/1 gehalten und Word aktiviert<br />
Beim Lesen darf die Zelle nicht umkippen, wenn sie an <strong>den</strong> Bit/!Bit Bus geschaltet<br />
wird, daher wer<strong>den</strong> die BitLeitungen auf VDD vorgela<strong>den</strong> (‚precharge‘)<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://sus.ziti.uniheidelberg.de/Lehre/DSTVorlesung03/DST_Speicher.pdf
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SRAM –6TSpeicherzelle<br />
Beispiel: speichern einer „1“<br />
Quelle: http://web.sfc.keio.ac.jp/~rdv/keio/sfc/teaching/architecture/architecture2008/lec07cache.html<br />
Matthias Klaer<br />
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SRAM –6TSpeicherzelle<br />
Beispiel: speichern einer „1“<br />
Quelle: http://web.sfc.keio.ac.jp/~rdv/keio/sfc/teaching/architecture/architecture2008/lec07cache.html<br />
Matthias Klaer<br />
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SRAM –6TSpeicherzelle<br />
Beispiel: gespeicherte „1“<br />
Quelle: http://web.sfc.keio.ac.jp/~rdv/keio/sfc/teaching/architecture/architecture2008/lec07cache.html<br />
Matthias Klaer<br />
Tatsächlich wer<strong>den</strong><br />
beim Speichern nur<br />
„0“geschrieben, je<br />
nachdem auf BL oder<br />
!BL.<br />
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SRAM –6TSpeicherzelle<br />
Lesen des Speicherinhalts<br />
Quelle: http://web.sfc.keio.ac.jp/~rdv/keio/sfc/teaching/architecture/architecture2008/lec07cache.html<br />
Matthias Klaer<br />
Vorher: precharge<br />
von BL/!BL um<br />
umkippen der<br />
Speicherzelle zu<br />
vermei<strong>den</strong>.<br />
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SRAM –4TSpeicherzelle<br />
4 NMOS Transistoren + 2 sehr hochohmige Widerstände (poly silicon resistor)<br />
Im Vergleich zur 6T Zelle: weniger Platzbedarf, höherer Stromverbrauch,<br />
störempfindlicher (Rauschen), langsamer<br />
Matthias Klaer<br />
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SRAM –TFT (Thin Film Transistor) Speicherzelle<br />
Aufbau ist ähnlich einer 4TZelle, spezieller PMOS Transistor bildet <strong>den</strong><br />
Lastwiderstand<br />
Im Vergleich zur 4T Zelle: weniger Stromverbrauch, Herstellungsverfahren<br />
komplexer<br />
Je nach Anwendung (Video RAM, Multiported RAM) können SRAM Speicherzellen<br />
auch als 8T, 10T oder noch größer ausgeführt wer<strong>den</strong>.<br />
Matthias Klaer<br />
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SRAM<br />
Funktionales Blockschaltbild (Asynch. SRAM)<br />
Matthias Klaer<br />
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Matthias Klaer<br />
SRAM<br />
Funktionales Blockschaltbild (Asynch. SRAM)<br />
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Quelle: http://www.informatik.hsmannheim.de/~ihme/sys_2004ws/10_Speicher.pdf<br />
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/OE = High<br />
SRAM<br />
Schreibzugriff (Asynch.)<br />
latch adress latch data<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.vias.org/mikroelektronik/b2_01_sram.html
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R/W = High<br />
SRAM<br />
Lesezugriff (Asynch.)<br />
latch adress data valid<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.vias.org/mikroelektronik/b2_01_sram.html
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SRAM (synchron) Timing<br />
Schreiben und Lesen erfolgt synchron zum ClockSignal (i.d.R. zur steigende Flanke des CLKSignals).<br />
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SRAM<br />
Classification of SRAM by feature:<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.eeherald.com/section/designguide/esmod15.html
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DRAM<br />
DRAM = Dynamic Random Access Memory<br />
Speicherung erfolgt in Kon<strong>den</strong>satoren<br />
hohe Speicherkapazität auf kleinstem<br />
Raum<br />
benötigt Refresh<br />
rel. geringer Stromverbrauch<br />
geringe Herstellungskosten<br />
Einsatz als Arbeitsspeicher oder<br />
Grafikspeicher<br />
Ausfühungen als DRAM, SDRAM, DDR<br />
SDRAM, SLDRAM, DRDRAM (Rambus),<br />
etc.<br />
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DRAM<br />
1T (oder 1T1C) Speicherzelle<br />
Die 1T1C –Zelle besteht aus einem Kon<strong>den</strong>sator und einem Transistor.<br />
Matthias Klaer<br />
A<br />
C = ε rε 0 ⋅ = 20..<br />
100 fF<br />
d<br />
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Quelle:http://www.moepi.net/files/dram_handout.pdf
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DRAM<br />
Speicherzellen Architekturen<br />
Matthias Klaer<br />
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DRAM<br />
Speicherzellen Architekturen<br />
Quelle:http://www.ieee.org/portal/site/sscs/menuitem.f07ee9e3b2a01d06bb9305765bac26c8/i<br />
ndex.jsp?&pName=sscs_level1_article&TheCat=2171&path=sscs/08Winter&file=Sunami.xml<br />
Matthias Klaer<br />
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WL<br />
DRAM<br />
BL<br />
Schliffbild einer TrenchZelle<br />
Quelle:http://www.ieee.org/portal/site/sscs/menuitem.f07ee9e3b2a01d06bb9305765bac26c8/i<br />
ndex.jsp?&pName=sscs_level1_article&TheCat=2171&path=sscs/08Winter&file=Sunami.xml<br />
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DRAM<br />
Speicher Organisation<br />
[ RAS = Row Address Strobe, CAS = Column Address Strobe, WE = Write Enable ]<br />
Quelle: http://nirvana.informatik.unihalle.de/~molitor/pearson/7092/vorlesung/kapitel_11/kapitel1103.pdf<br />
Matthias Klaer<br />
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DRAM<br />
Read Cycle (Asynchron)<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.electronics.dit.ie/staff/tscarff/memory/dram_cycles.htm
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DRAM<br />
Write Cycle (Asynchron)<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.electronics.dit.ie/staff/tscarff/memory/dram_cycles.htm
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DRAM<br />
Schema eines Plattenkon<strong>den</strong>sators<br />
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DRAM<br />
La<strong>den</strong>/Entla<strong>den</strong> eines Plattenkon<strong>den</strong>sators<br />
Refresh Refresh<br />
Infolge des endlichen Widerstands entlädt sich der Kon<strong>den</strong>sator mit der<br />
Selbstentladezeitkonstante:<br />
Wideraufladung des Kon<strong>den</strong>sators notwendig (Refresh)<br />
Matthias Klaer<br />
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DRAM Refresh<br />
RASonlyRefresh:<br />
Am weitesten verbreitet (beherrschen alle DRAMTypen).<br />
Durchführen eines Blindlesezyklus.<br />
Nur RASSignal wird aktiviert = RefreshZeile (CAS bleibt inaktiv).<br />
Zeile wird gelesen und verstärkt, aber nicht zum Ausgangsdatenpuffer<br />
übertragen (wegen fehlendem CASSignal).<br />
Externe Logik notwendig, die alle Zeilen nach und nach selektiert.<br />
(DMAChip löst periodisch, mithilfe des Timers, eine Blindübertragung aus).<br />
CASbeforeRASRefresh (CBR):<br />
RefreshAdresse wird von einem internen Adreßzähler hochgezählt<br />
Es sind auch mehrere RefreshZyklen hintereinander möglich (bis ca.<br />
200).<br />
Anstoß des Refresh von außen durch Signalfolge CAS vor RAS.<br />
Spart DMAZyklen gegenüber RASonlyRefresh.<br />
Hid<strong>den</strong>Refresh:<br />
Refresh wird direkt an <strong>den</strong> Lesezyklus angehängt (versteckt hinter<br />
Lesezugriff).<br />
Effektiver, da kein Refresh beginnt, während Daten ausgelesen wer<strong>den</strong>.<br />
Kein explizites Anstoßen von außen notwendig.<br />
DRAMChip hat internen Adreßzähler.<br />
Quelle:http://wwwvs.informatik.uniulm.de/teach/ws05/sp2/docs/Sp2_k19_05_Speicher.doc<br />
Matthias Klaer<br />
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DRAM<br />
CASbeforeRASRefresh<br />
Jede Zelle muss spätestens nach 64ms „refreshed“wer<strong>den</strong>.<br />
Es wird jeweils eine ganze Zeile (Row) auf einmal „refreshed“<br />
Interner Refresh Counter inkrementiert RowAdresse<br />
( Refresh Controller wird durch externe Signale gesteuert (RAS/CAS) )<br />
Matthias Klaer<br />
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DRAM<br />
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DRAM<br />
DDR SDRAM memory chip block diagram<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://www.eecg.toronto.edu/~tm4/ddrsdram.html
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SDRAM (Synchronous DRAM)<br />
DRAM –Beispiele<br />
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)<br />
RDRAM (Rambus DRAM)<br />
EDO RAM (Extended Data Out Random Access Memory)<br />
FPM DRAM (FastPageModeRAM)<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle:
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Nonvolatile Memory (NVM) Reversibel<br />
Matthias Klaer<br />
EProm<br />
EEProm Flash<br />
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Volatile<br />
SRAM<br />
DRAM<br />
Halbleiterspeicher<br />
RAM ROM<br />
Innovativ<br />
(nonvolatile)<br />
PRAM<br />
PMC<br />
MRAM<br />
FeRAM<br />
Matthias Klaer<br />
reversibel<br />
Flash<br />
EEProm<br />
EProm<br />
irreversibel<br />
MROM<br />
PROM<br />
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NVM Cell Grundlage: MOSFET (Metall Oxid Semicondctor Field Effect Transistor)<br />
ohne Spannung an Gate: keine Leitfähigkeit (npn)<br />
Elektrisches Feld am Gate bewirkt Anreicherung von Minioritätsladungsträger (n)<br />
unter dem Gate<br />
Ab einer Schwellspannung kommt es zur Inversion: Kanal unter dem Gate wird<br />
leitend<br />
Leitung zwischen Source und Drain<br />
Matthias Klaer<br />
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NVM Cell Aufbau<br />
Eine FlashSpeicherzelle besteht aus einem MOSFET der um ein<br />
Floating Gate erweitert wurde.<br />
Matthias Klaer<br />
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NVM Cell Prinzip<br />
Das floating Gate speichert Elektronen (= Ladung Q), das resultierende<br />
elektrostatische Feld beeinflusst die ThresholdSpannung V T .<br />
( C FG = Kapazität des floating Gate )<br />
Matthias Klaer<br />
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Weitere Infos: http://webee.technion.ac.il/people/kolodny/ftp/E2PROM01485793.pdf<br />
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NVM Cell Programmieren<br />
(z.B. EProm, Flash)<br />
Wenn das elektrische Feld E L der DrainSourceStrecke größer als 100kV/cm ist, so<br />
ist die Energie der Elektronen größer als die Energie der TunneloxydSchicht.<br />
Begünstigt durch das transversale Feld E T können Elektronen die Oxidgrenzschicht<br />
überwin<strong>den</strong> und auf das Floating Gate fließen.<br />
„Hot Electron Injection“<br />
Matthias Klaer<br />
Typische Spannungen:<br />
V D = 5V<br />
V G = 10V<br />
V S = V B = 0V<br />
Typischer Drain Strom:<br />
100µA < I D < 500µA<br />
Typischer injizierter Strom:<br />
0.1nA < I OX < 1nA<br />
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NVM Cell Löschen<br />
(z.B. Flash, EEProm)<br />
FN Tunneling ist ein quantenmechanischer Vorgang bei dem Elektronen durch das<br />
Tunneloxyd in <strong>den</strong> DSKanal tunneln.<br />
Das benötigte elektrische Feld E T liegt im Bereich von 8 bis 10 MV/cm.<br />
„FowlerNordheim Tunneling“<br />
Weitere Infos: http://deposit.ddb.de/cgibin/dokserv?idn=975827588&dok_var=d1&dok_ext=pdf&filename=975827588.pdf<br />
Matthias Klaer<br />
Typische Spannungen:<br />
V D = floating<br />
V G = 8V<br />
V S = V B = 5V<br />
Typischer Tunnelstrom:<br />
I OX < 1µA<br />
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Ausführung als NAND* oder NOR<br />
Aufbau<br />
Komplexer Aufbau*:<br />
4096 Bytes = 1<br />
Page<br />
64 Pages = 1<br />
Block<br />
2048 Blocks = 1 Plane<br />
4 Planes = 1<br />
Chip<br />
2 Chips = 1<br />
IC<br />
bei NAND sind Bad Blocks vorhan<strong>den</strong><br />
(z.B. max 160* pro Chip)<br />
Schreibzugriff Pageweise<br />
Löschzugriff Blockweise<br />
*) Beispiel: K9KAG08U0M (Samsung), 64 GBit, SLC<br />
Was macht FlashSpeicher aus?<br />
Matthias Klaer<br />
Einzelne Speicherzelle<br />
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Flash<br />
Die Schematische Die Transferkennlinien RetentionTime Darstellung gibt eines an, der wie FlashZellTransistors programmierten lange eine Information und im gelöschten programmierten zuverlässig Einsatzspannungen<br />
ausgelesen und<br />
gelöschtem in wer<strong>den</strong> Abhängigkeit kann. Zustand. Aktuell der Anzahl müssen der 10 Programmier/Löschzyklen.<br />
Jahre garantiert wer<strong>den</strong>.<br />
Quelle: http://deposit.ddb.de/cgibin/dokserv?idn=975827588&dok_var=d1&dok_ext=pdf&filename=975827588.pdf<br />
Matthias Klaer<br />
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Flash Typen<br />
NAND Flash NOR Flash<br />
Unterschiede?<br />
Matthias Klaer<br />
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Flash Typen<br />
NAND Flash NOR Flash<br />
Type: NAND512W3A2CN6E<br />
Size: 512 MBit<br />
Adr.<br />
Input<br />
Data<br />
In/Out<br />
Ctrl.<br />
Matthias Klaer<br />
Type: S29GL512P11FFI010<br />
Size: 512 MBit<br />
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NAND Flash vs. NOR Flash<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://maltielconsulting.com/
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NOR / NAND Flash Architektur<br />
G<br />
D<br />
S<br />
Matthias Klaer<br />
G<br />
G<br />
D<br />
S<br />
S<br />
D<br />
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SLC / MLC Flash<br />
SLC = Single Level Cell<br />
SLCFlash speichert nur ein Bit pro Zelle. Sie sind mit<br />
rund 100.000 Schreibzyklen zuverlässige Speicher<br />
Chips <strong>für</strong> <strong>den</strong> ServerMarkt und deshalb auch sehr<br />
teuer.<br />
MLC = Multi Level Cell<br />
MLCFlash speichert zwei bis vier Bit pro Zelle. Es sind<br />
dadurch höhere Speicherdichten möglich bei gleichen<br />
Siliziumkosten. MLCFlash lässt sich deshalb günstiger<br />
fertigen. Sie wer<strong>den</strong> <strong>für</strong> <strong>den</strong> Massenmarkt, in erster<br />
Linie <strong>für</strong> Notebooks und Ultra Mobile Devices, gefertigt.<br />
MLCFlash lässt sich nicht ganz so schnell beschreiben,<br />
wie SLCFlash und ist mit rund 10.000 Schreibzyklen<br />
defektanfälliger.<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle http://www.elektronikkompendium.de/sites/com/0312261.htm
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Auslesen einer SLC Zelle<br />
Wenn der Zellstrom I C größer als der Referenzstrom I REF ist, dann wird eine „1“<br />
ausgegeben, andernfalls eine „0“.<br />
Matthias Klaer<br />
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Wiederholung: so funktioniert SLC<br />
Es gibt <strong>für</strong> die Speicherzelle zwei Ladungszustände <strong>für</strong> die Werte „0“und „1“.<br />
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SLC<br />
MLC<br />
Ladungszustände <strong>für</strong> SLC und MLC<br />
Matthias Klaer<br />
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SLC<br />
MLC<br />
Auswerten von SLC und MLC Informationen<br />
Matthias Klaer<br />
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MLC Flash (2 Bits/Zelle und 4 Bits/Zelle)<br />
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SLC / MLC Qualitätsmerkmale<br />
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Quelle http://www.oempcworld.com/support/SLC_vs_MLC.htm
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SLC / MLC NAND Anwendungen<br />
Quelle http://www.eetasia.com/ARTICLES/2005JUL/B/2005JUL01_STOR_TA.pdf?SOURCES=DOWNLOAD<br />
Matthias Klaer<br />
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Matthias Klaer<br />
EEProm<br />
(Electrically Erasable Programmable ROM)<br />
Weitereentwicklung des EProms<br />
nichtflüchtige Speicherung durch Floating<br />
GateTechnologie<br />
parallele oder serielle DatenInterface<br />
etwa 10 mal langsamer als FlashSpeicher<br />
je nach Typ ist wahlfreier Zugriff (random<br />
access) möglich (wie bei SRAM)<br />
verwendet als Programmspeicher und <strong>für</strong><br />
statische Daten (Parameter, Konfiguration,..)<br />
Begrenzte Anzahl von Schreib/Lesezyklen<br />
(etwa 10^4..10^6)<br />
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Quelle http://img.zdnet.com/techDirectory/EEPROM.GIF
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EProm<br />
(Ersable Programmable Readonly Memory)<br />
nichtflüchtige Speicherung durch Floating<br />
GateTechnologie<br />
Löschvorgang mittels UV Licht dauert etwa<br />
10 bis 30 Minuten<br />
spezielle Programmiergeräte benötigt<br />
(EPromBrenner)<br />
verwendet als Programmspeicher und <strong>für</strong><br />
statische Daten<br />
Begrenzte Anzahl von Löschzyklen (etwa<br />
100 bis 200)<br />
heutzutage kaum noch von Bedeutung<br />
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Quelle http://www.chscene.ch/ccc/contrib/netzmafia/dvs/eprom.gif
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EPROM<br />
EEPROM<br />
EPROM, EEPROM, Flash<br />
Erasable PROM, im jetzigen Sprachgebrauch auf global mit UVlöschbare (in ca. 20 Min.) und dann wiederbeschreibbare<br />
Bausteine eingeengt.<br />
auch E 2 PROM, Electrical Erasable PROM, ist der Oberbegriff <strong>für</strong> mehrere Varianten, die Bit, Wort, Sektorweise oder<br />
vollständig löschbar und dann neu programmierbar sind. Er wird heutzutage fast nur noch als Flash (NAND/NOR)<br />
ausgeführt.<br />
Flash<br />
neuere EEPROMVariante, die bevorzugt sektorweise oder vollständig löschbar und neu beschreibbar ist. Enthält vielfach<br />
schon die da<strong>für</strong> notwendigen Algorithmen auf dem Speicherchip und ist wahrscheinlich momentan die Vorzugsvariante aller<br />
PROMs.<br />
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PROM<br />
(M)ROM<br />
Nonvolatile Memory (NVM) Irreversibel<br />
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Volatile<br />
SRAM<br />
DRAM<br />
Halbleiterspeicher<br />
RAM ROM<br />
Innovativ<br />
(nonvolatile)<br />
PRAM<br />
PMC<br />
MRAM<br />
FeRAM<br />
Matthias Klaer<br />
reversibel<br />
Flash<br />
EEProm<br />
EProm<br />
irreversibel<br />
MROM<br />
PROM<br />
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Nonvolatile Memory (NVM) Irreversibel<br />
ROM:<br />
ROM = Read Only Memory.<br />
Bei <strong>den</strong> maskenprogrammierten ROMs (MROM) sind je nach<br />
zu speicherndem Bit mittels Maske bei der Herstellung des ICs,<br />
Brücken eingebaut, oder nicht. Bei Ansteuerung mit Brücke ist<br />
der Transistor leitend, sodass am Widerstand eine Spannung<br />
ansteht (Bit 1).<br />
Vorteil: gleicher Herstellungsprozeß <strong>für</strong> verschied. Chips (nur<br />
unterschiedl. Maske).<br />
Nachteil: Programmierung nur durch Hersteller möglich.<br />
PROM:<br />
PROM = Programmable ROM.<br />
Information wird „eingebrannt“.<br />
PROMs wer<strong>den</strong> erst vom Anwender mit Bits bela<strong>den</strong><br />
(programmiert). Die ursprünglichen PROMs wer<strong>den</strong> inzwischen<br />
nahezu nicht mehr verwendet. Heutige PROMs sind in<br />
Wirklichkeit nichts anderes als EPROMs ohne Löschfenster.<br />
Vorteil: freie Programmierbarkeit.<br />
Nachteil: Programmierfehler sind nicht behebbar. (wird fast<br />
nicht mehr verwendet EPROM !)<br />
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ROM (Readonly Memory)<br />
Matthias Klaer<br />
Festwertspeicher erhalten nicht<br />
löschbare und nicht änderbare<br />
Daten, die vom Hersteller<br />
eingegeben wer<strong>den</strong>.<br />
In einem ROM speichert man<br />
häufig benötigte Daten, etwa<br />
Steueranweisungen, Programme,<br />
Kennlinien und Kennlinienfelder,<br />
Tabellen usw.<br />
Zum Aufbau eines ROM wer<strong>den</strong><br />
zwei Arten von Speicherelementen<br />
benötigt.<br />
Die der ersten Art müssen stets<br />
<strong>den</strong> Wert 1 enthalten.<br />
Speicherelemente der zweiten Art<br />
müssen stets <strong>den</strong> Wert 0<br />
enthalten.<br />
Quelle: http://www.unimuenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/technik_didaktik/rams_roms.doc<br />
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MROM (MaskenROM)<br />
Man kann schon bei der Herstellung des Speicherchips an <strong>den</strong><br />
Kreuzungspunkten zwischen Wort und Bitleitungen Brücken vorsehen. An <strong>den</strong><br />
Speicherstellen, die eine ’1’enthalten sollen, wird eine Brücke vorgesehen; fehlt<br />
die Brücke, enthält die Speicherstelle eine ’0’.<br />
Quelle: http://www.unimuenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/technik_didaktik/rams_roms.doc<br />
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MROM (MaskenROM)<br />
Als Brücken wer<strong>den</strong> Dio<strong>den</strong> oder Transistoren verwendet. Der Dateninhalt muss<br />
somit schon vor der Herstellung des Speicherchips festliegen und wird in die<br />
Belichtungsmaske eingearbeitet, was die Bezeichnung MaskenROM erklärt. Da<br />
die Erstellung einer individuellen Belichtungsmaske teuer ist, lohnt sich MROM<br />
nur in großen Stückzahlen.<br />
In großen Stückzahlen ist MROM der preiswerteste Speicher, es wird daher<br />
häufig in Massenartikeln verwendet.<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: https://www.viewegteubner.de/freebook/9783834800466_l.pdf
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(OT)PROM (Onetime programmable ROM)<br />
Fusible Link (FL): in der Zelle befindet sich eine leicht schmelzende Verbindung, ähnlich einer<br />
Schmelzdrahtsicherung. Der Programmierimpuls bringt in <strong>den</strong> gewünschten Zellen die Verbindung zum<br />
schmelzen, der Dateninhalt ändert sich dadurch von ‚1‘auf ‚0‘. Die FL brauchen viel Platz, der haben FL<br />
Proms nur eine kleine Kapazität.<br />
Avalanche Induced Migration („lawineninduzierte Wanderung“) (AIM): zwischen Wort und Bitleitung<br />
befindet sich zunächst ein sperrender Halbleiter (Diode oder Transistor). Durch <strong>den</strong> Programmierimpuls<br />
wird die Sperrschicht zerstört und der Halbleiter in eine leitende Verbindung umgewandelt.<br />
Floating GateProm: zwischen Gate und Kanal eines FET ist eine zusätzliche Ladungszone, die nicht<br />
kontaktiert ist: das Floating Gate. Durch <strong>den</strong> Programmierimpuls wird ein starker Strom zwsichen Drain<br />
und Source erzeugt, dabei dringt ein Teil der Ladungsträger durch die Isolierschicht in das Floating Gate<br />
und lädt dieses auf. Es schirmt nun die Wirkung des Gazes ab, der FET läßt sich nicht mehr ansteuern, die<br />
Brückenfunktion besteht nicht mehr. Eine andere Bezeichnung <strong>für</strong> diese Speicherzellen ist FAMOS<br />
(Floating Gate Avalanche MOS Transistor).<br />
Matthias Klaer<br />
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PRAM<br />
MRAM<br />
FeRAM<br />
ristor<br />
PMC<br />
Mem<br />
Innovative Speichertechnologie<br />
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Volatile<br />
SRAM<br />
DRAM<br />
Halbleiterspeicher<br />
RAM ROM<br />
Innovativ<br />
(nonvolatile)<br />
PRAM<br />
PMC<br />
MRAM<br />
FeRAM<br />
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reversibel<br />
Flash<br />
EEProm<br />
EProm<br />
irreversibel<br />
MROM<br />
PROM<br />
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Innovative NVSpeicher: Speicherkapazität und Schreibzykluszeit<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20070926/139715/
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(auch bekannt als OUM OvonicUnifiedMemory)<br />
PRAM / PCRam (Phase Change RAM)<br />
Matthias Klaer<br />
elektrische Phasenwechsel Speicher<br />
Technologie, nichtflüchtig<br />
Potentieller Flash Technologie<br />
Nachfolger<br />
basiert auf chalkogeni<strong>den</strong><br />
Phasenwechselmaterial (wie CDRW<br />
und DVDRW)<br />
Zwei existierende Phasen:<br />
einer metastabilen amorphen Phase<br />
mit hohem elektrischen Widerstand<br />
stabilen kristallinen Phase mit<br />
geringem elektrischen Widerstand<br />
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Quelle: http://www.iht.rwthaachen.de/Forschung/nano/speicher/pcram.php
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PMC (programmable metallization cell)<br />
The PMC cell is an ionconducting glass channel doped with silver ions that is sandwiched between a silver anode and an inert cathode<br />
(the +'s are silver ions, or alternatively, copper ions). When an electric field is applied between the electrodes, ions are released from<br />
the silver anode and make their way to the cathode where they combine with electrons to form a tiny silver wire that acts as a<br />
conductive bridge between the two sides. When the field is reversed, the wire comes apart. (Image courtesy of Axon Technologies<br />
Corporation, www.axontc.com)<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle:http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/programmable+metallization+cell<br />
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MRAM (Magnetoresistive RAM)<br />
Matthias Klaer<br />
Technologie basiert auf zwei isolierten,<br />
magnetische Elektro<strong>den</strong>:<br />
eine mit unveränderlichem Magnetfeld<br />
(hartmagnetisch)<br />
die andere mit veränderlicher magnetischer<br />
Polarisation (weichmagnetisch)<br />
der Isolator zwischen <strong>den</strong> ferromagnetischen<br />
Schichten ist extrem dünn (< 5 nm)<br />
Abhängig davon, ob die ferromagentischen<br />
Schichten gleich oder gegengleich polarisiert<br />
sind, können unterschiedlich viele Elektronen<br />
durch die MTJ fließen (Tunneleffekt).<br />
diese Widerstandsänderung wird<br />
gemessen um zwischen ‘0’und ‘1’zu<br />
unterschei<strong>den</strong>.<br />
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Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/fb/MRAM_V3.pdf
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FRAM / FeRAM (Ferroelectric RAM)<br />
Quelle: http://imperia.miverlag.de/imperia/md/content/ai/ae/fachartikel/ei/2010/02/ei10_02_020.pdf<br />
Matthias Klaer<br />
Lesen erfolgt wie schreiben<br />
und zerstört dabei die<br />
gespeichert Information<br />
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Memristor<br />
Matthias Klaer<br />
1971 veröffentlichte Prof. Leon Chua die<br />
Theorie zum Memristor als viertes passives<br />
Bauelement (neben R,C,L)<br />
Dieses vierte passive Bauelement, folgt<br />
aus Symmetriebetrachtungen, bzgl. u, i, q,<br />
�<br />
Er ist ein elektrischer Widerstand, der<br />
seinen aktuellen Wert (wie die Kapazität)<br />
über eine eingebrachte Ladung speichert<br />
Er ist ein elektrischer Widerstand, der<br />
seinen aktuellen Wert (wie die Kapazität)<br />
über eine eingebrachte Ladung speichert<br />
2008 erster Prototyp mittels Nano<br />
Strukturen bei Hewlett Packard<br />
Bis zur technischen Reife wer<strong>den</strong> aber<br />
voraussichtlich noch viele Jahre vergehen<br />
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Quelle: http://aes.cs.tuberlin.de/voelz/PDF/Elektr_Arbeit.pdf
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Innovative NVSpeicher: Spezifikationen<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20070926/139715/
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Innovativer NVSpeicher im Vergleich zu DRAM und Flash<br />
Matthias Klaer<br />
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Quelle: http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20070926/139715/
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*** ENDE ***<br />
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