Mémoire flash

Histoire

La mémoire flash a été découverte par Fujio Masuoka alors qu'il travaillait chez Toshiba en 1984. Le nom « flash » a également été inventé chez Toshiba par le collègue de Fuji, Shoji Ariizumi, car le processus d'effacement du contenu de la mémoire lui rappelait un flash. Masuoka a présenté sa conception lors de la réunion internationale sur les dispositifs électroniques (IEDM) de l'IEEE 1984, qui s'est tenue à San Francisco, en Californie. Intel a vu un grand potentiel dans l'invention et a lancé la première puce flash NOR commerciale en 1988.

Caractéristiques

Certains appareils dotés de mémoire flash peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 100 Mo/s. En général, les cartes flash ont une large gamme de vitesses et sont généralement marquées aux vitesses d'un lecteur de CD standard (150 Ko/s). Ainsi, la vitesse indiquée de 100x signifie 100 × 150 Kb/s = 15 000 Kb/s= 14,65 Mb/s.

Fondamentalement, le volume d'une puce de mémoire flash se mesure de kilo-octets à plusieurs gigaoctets.

Fondamentalement, le volume d'une puce de mémoire flash se mesure de kilo-octets à plusieurs gigaoctets.

En 2005, Toshiba et SanDisk ont ​​introduit des puces NAND de 1 Go utilisant une technologie de cellules multi-niveaux, dans laquelle un seul transistor peut stocker plusieurs bits en utilisant différents niveaux de charge électrique sur une grille flottante.

En septembre 2006, Samsung a introduit une puce de 8 Go fabriquée à l'aide d'une technologie de traitement de 40 nm. Fin 2007, Samsung a annoncé la création de la première puce de mémoire flash NAND MLC (multi-level cell) au monde, réalisée à l'aide d'une technologie de traitement de 30 nm. La capacité de la puce est également de 8 Go. Les puces mémoire devraient entrer en production de masse en 2009.

Pour augmenter le volume, les appareils utilisent souvent un ensemble de plusieurs puces. Fondamentalement, depuis mi-2007, les périphériques USB et les cartes mémoire ont une capacité de 512 Mo à 15 Go. La plus grande capacité des périphériques USB est de 128 Go.

La mémoire flash NAND a été annoncée par Toshiba en 1989 lors de la conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs. Il avait une vitesse d’écriture plus rapide et une zone de puce plus petite.

La normalisation des puces de mémoire flash NAND est réalisée par l'Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). La norme actuelle est la spécification ONFI version 1.0, publiée le 28 décembre 2006. Le groupe ONFI est soutenu par les plus grands fabricants de puces NAND : Intel, Micron Technology et Sony.

Principe d'opération

volumes de données maximum possibles pour les cristaux utilisant un seul bit (SLC) ou un double bit (MLC)

La cellule de stockage de données de base de la mémoire flash est un transistor à grille flottante. La particularité d'un tel transistor est qu'il peut contenir des électrons (charges). C'est sur cette base que les principaux types de mémoire flash NAND et NOR ont été développés. Il n’y a pas de concurrence entre eux, car chaque type présente ses propres avantages et inconvénients. À propos, des versions hybrides telles que DiNOR et superAND sont construites sur cette base. Dans la mémoire flash, les fabricants utilisent deux types de cellules mémoire MLC Et SLC. .

• Les mémoires Flash avec cellules MLC (Multi-level cell) sont plus volumineuses et moins chères, mais elles ont des temps d'accès plus longs et moins de cycles d'écriture/effacement (environ 10 000).
• La mémoire Flash, qui contient des cellules SLC (Single-level cell), a un nombre maximum de cycles d'écriture/effacement (100 000) et des temps d'accès plus courts. L'inversion de charge (écriture/effacement) est réalisée en appliquant un potentiel élevé entre la grille et la source de sorte que l'intensité du champ électrique dans le mince diélectrique entre le canal du transistor et la poche soit suffisante pour produire un effet tunnel. Pour renforcer l'effet tunnel des électrons dans la poche pendant l'écriture, une légère accélération des électrons est appliquée en faisant passer un courant à travers le canal du transistor à effet de champ.

Le principe de fonctionnement de la mémoire flash repose sur la modification et l'enregistrement de la charge électrique dans une zone isolée (« poche ») de la structure semi-conductrice. La lecture est réalisée par un transistor à effet de champ dont la poche fait office de grille. Le potentiel de grille flottante modifie les caractéristiques de seuil du transistor, qui sont enregistrées par les circuits de lecture. Cette conception est équipée d'éléments qui lui permettent de fonctionner dans un large éventail de cellules identiques.

NOR et NAND

Disposition de six cellules flash NOR

Structure d'un flash NAND à une seule colonne avec 8 cellules

La mémoire Flash diffère par la méthode de connexion des cellules dans un tableau.

La conception NOR utilise une matrice conductrice bidimensionnelle classique, dans laquelle une cellule est installée à l'intersection des lignes et des colonnes. Dans ce cas, le conducteur de ligne était connecté au drain du transistor et le conducteur de colonne était connecté à la deuxième grille. La source était reliée à un substrat commun à tous.

La conception NAND est un tableau tridimensionnel. La matrice est la même qu'en NOR, mais au lieu d'un transistor à chaque intersection, une colonne de cellules connectées en série est installée. Cette conception produit plusieurs chaînes de portes à une intersection. La densité de disposition peut être considérablement augmentée (après tout, un seul conducteur de grille convient à une cellule dans une colonne), mais l'algorithme d'accès aux cellules pour la lecture et l'écriture devient sensiblement plus compliqué. Il y a également deux MOSFET installés dans chaque ligne. Transistor de sélection de ligne de bit situé entre la colonne de cellules et la ligne de bit. Et un transistor de masse de contrôle situé devant la masse (transistor de sélection de masse).

La technologie NOR permet un accès rapide à chaque cellule individuellement, mais la surface des cellules est grande. En revanche, les NAND ont une petite surface cellulaire mais un accès relativement long à un grand groupe de cellules à la fois. En conséquence, le champ d'application diffère : NOR est utilisé comme mémoire de programme directe des microprocesseurs et pour stocker de petites données auxiliaires.

Les noms NOR et NAND proviennent de l'association des circuits permettant d'inclure des cellules dans un réseau avec les circuits des puces logiques CMOS.

La NAND est le plus souvent utilisée pour les clés USB, les cartes mémoire et les SSD. NOR, à son tour, est utilisé dans les systèmes embarqués.

Il existait d'autres options pour combiner des cellules dans un tableau, mais elles n'ont pas pris racine.

NI

NOR Mémoire Flash

L'architecture NOR tire son nom de l'opération logique OR - NOT (traduit de l'anglais NOR). Le principe de l'opération logique NOR est que sur plusieurs opérandes (données, argument de l'opération...) elle donne une valeur unitaire lorsque tous les opérandes sont égaux à zéro, et une valeur nulle dans toutes les autres opérations. Dans notre cas, les opérandes désignent la valeur des cellules mémoire, ce qui signifie que dans cette architecture, une seule valeur sur la ligne de bit ne sera observée que si la valeur de toutes les cellules connectées à la ligne de bit est égale à zéro (tous les transistors sont fermés). ). Cette architecture a un bon accès aléatoire à la mémoire, mais le processus d'écriture et d'effacement des données est relativement lent. La méthode d’injection d’électrons chauds est utilisée dans le processus d’écriture et d’effacement. De plus, une puce de mémoire flash avec une architecture NOR et sa taille de cellule sont grandes, cette mémoire ne s'adapte donc pas bien. La mémoire flash avec une architecture NOR est généralement utilisée dans les appareils pour stocker le code de programme. Il peut s'agir de téléphones, de PDA, de BIOS de cartes mères... L'utilisation de dispositifs de mémoire flash NOR, non volatiles, d'un volume relativement faible, nécessitant un accès rapide à des adresses aléatoires et avec une garantie d'absence d'éléments défaillants :

• Mémoire de programme intégrée pour microcontrôleurs monopuce. Les volumes typiques vont de 1 Ko à 1 Mo.
• Puces ROM standard à accès aléatoire pour fonctionner avec un microprocesseur.
• Micropuces spécialisées pour le démarrage des ordinateurs (POST et BIOS), processeurs DSP et logique programmable. Les volumes typiques sont des unités et des dizaines de mégaoctets.
• Puces de stockage de données de taille moyenne, telles que DataFlash. Généralement équipé d'une interface SPI et conditionné dans des boîtiers miniatures. Les volumes typiques vont de centaines de Ko au maximum technologique.

La capacité maximale des puces NOR peut atteindre 256 Mo.

NON-ET

Mémoire Flash NAND

Ce type de mémoire a été développé par Toshiba. De par leur architecture, ces puces sont utilisées dans de petits disques appelés NAND (logical NAND opération). Lorsqu'elle est exécutée, l'opération NAND produit une valeur de zéro uniquement lorsque tous les opérandes sont nuls et une valeur de un dans tous les autres cas. Comme cela a été écrit précédemment, la valeur zéro correspond à l’état ouvert du transistor. En conséquence, l'architecture NAND suppose qu'une ligne de bits a une valeur de zéro lorsque tous les transistors qui y sont connectés sont ouverts, et une valeur de un lorsqu'au moins un des transistors est fermé. Une telle architecture peut être construite en connectant des transistors avec une ligne de bits non pas un à la fois (comme dans l'architecture NOR), mais en série (une colonne de cellules connectées séquentiellement).

Cette architecture est hautement évolutive par rapport à NOR car elle permet aux transistors d'être placés de manière compacte sur le circuit. De plus, l'architecture NAND écrit en utilisant le tunneling Fowler-Nordheim, ce qui permet un enregistrement plus rapide que dans la structure NOR. Pour augmenter la vitesse de lecture, les puces NAND intègrent un cache interne. Comme les clusters de disques durs, les cellules NAND sont regroupées en petits blocs. Pour cette raison, lors de la lecture ou de l’écriture séquentielle, la NAND aura un avantage en termes de vitesse. Mais d'un autre côté, la NAND perd beaucoup dans les opérations d'accès aléatoire et n'a pas la capacité de travailler directement avec des octets d'informations. Dans une situation où seuls quelques bits doivent être modifiés, le système est obligé de réécrire le bloc entier, ce qui, compte tenu du nombre limité de cycles d'écriture, entraîne une usure importante des cellules mémoire. Il y a eu des rumeurs selon lesquelles Unity Semiconductor développerait une nouvelle génération de mémoire flash, qui sera construite sur la technologie CMOx. On suppose que la nouvelle mémoire remplacera la mémoire flash NAND et surmontera ses limites, qui dans la mémoire NAND sont déterminées par l'architecture des structures des transistors. Les avantages du CMOx incluent une densité et une vitesse d'enregistrement plus élevées, ainsi qu'un coût plus attractif. Les domaines d'application de la nouvelle mémoire incluent les SSD et les appareils mobiles. Eh bien, le temps nous dira si cela est vrai ou non.

Enregistrer

Pour écrire, les charges doivent entrer dans la grille flottante, mais celle-ci est isolée par une couche d'oxyde. L’effet tunnel peut être utilisé pour transférer des charges. Pour décharger, il est nécessaire d'appliquer une charge positive importante sur la grille de contrôle : la charge négative quittera la grille flottante par effet tunnel. A l’inverse, pour charger une grille flottante, une charge négative importante doit être appliquée.

L'enregistrement peut également être réalisé par injection de support chaud. Lorsqu'un courant haute tension circule entre la source et le drain, les électrons peuvent surmonter la couche d'oxyde et rester dans la grille flottante. Dans ce cas, il faut qu'il y ait une charge positive sur la grille de contrôle, ce qui créerait un potentiel d'injection.

MLC utilise différentes tensions et synchronisations pour enregistrer différentes valeurs.

Chaque écriture provoque de légers dommages à la couche d'oxyde, le nombre d'écritures est donc limité.

L'écriture dans les configurations NOR et NAND comprend deux étapes : d'abord, tous les transistors de la ligne sont mis à 1 (sans charge), puis les cellules souhaitées sont mises à 0.

Dans un premier temps, les cellules sont nettoyées par effet tunnel : une haute tension est appliquée à toutes les portes de contrôle. L'injection de porteur chaud est utilisée pour définir une cellule spécifique sur 0. Une haute tension est appliquée à la ligne de bits. La deuxième condition importante pour cet effet est la présence de charges positives sur la grille de contrôle. Une tension positive n'est appliquée qu'à certains transistors, les transistors restants sont alimentés par une tension négative. Ainsi, zéro n'est écrit que sur les cellules qui nous intéressent.

• NON-ET

La première étape de NAND est similaire à NOR. Un effet tunnel est utilisé pour remettre une cellule à zéro, par opposition à NOR. Une tension négative importante est appliquée aux portes de contrôle qui nous intéressent.

Mise à l'échelle technologique

En raison de sa structure très régulière et de la forte demande de gros volumes, la technologie du processus de fabrication des mémoires flash NAND diminue plus rapidement que celle des mémoires DRAM moins régulières et de la logique quasi irrégulière (ASIC). La forte concurrence entre plusieurs grands fabricants ne fait qu'accélérer ce processus. Dans la version de la loi de Moore pour les puces logiques, le nombre de transistors par unité de surface double en trois ans, tandis que le flash NAND a doublé en deux ans. En 2012, la technologie de traitement 19 nm a été maîtrisée par une coentreprise entre Toshiba et SanDisk. En novembre 2012, Samsung a également commencé la production en utilisant la technologie de traitement 19 nm (en utilisant activement l'expression « classe 10 nm » dans les documents marketing, désignant un processus dans la plage 10-19 nm).

ITRS ou entreprises	2010	2011	2012	2013	2014	2015*	2016*
Feuille de route Flash ITRS 2011	32 nm	22 nm	20 nm	18 nm	16 nm
Feuille de route Flash ITRS 2013					17 nm	15 nm	14 nm
Samsung	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	34-25 nm	25 nm	20 nm (MLC + HKMG)	20 nm (CCM)	16 nm	12 nm 3D-NAND	3D-NAND Gen2
Toshiba, Sandisk	43-32 nm	24 nm	19 nm (MLC, TLC)	A-19 nm	15 nm	BiCS NAND 3D	BiCS NAND 3D
SK Hynix	46-35 nm	26 nm	20 nm (MLC)	20 nm	16 nm	3DV1	12 nm

La réduction du processus technique a permis d'augmenter rapidement le volume des puces de mémoire flash NAND. En 2000, la mémoire flash utilisant la technologie 180 nm avait un volume de données de 512 Mbits par puce, en 2005 - 2 Gbits à 90 nm. Ensuite, il y a eu une transition vers MLC et, en 2008, les puces avaient une capacité de 8 Gbit (65 nm). En 2010, environ 35 à 25 % des puces avaient une taille de 16 Gbit, et 55 à 32 Gbit. En 2012-2014, les cristaux de 64 Gbits ont été largement utilisés dans les nouveaux produits et l'introduction de modules de 128 Gbits a commencé (10 % début 2014), fabriqués selon des procédés techniques de 24 à 19 nm.

À mesure que la technologie des procédés diminue et se rapproche des limites physiques des technologies de fabrication actuelles, en particulier la photolithographie, de nouvelles augmentations de la densité des données peuvent être obtenues en passant à davantage de bits par cellule (par exemple, en passant d'un MLC à 2 bits à un TLC à 3 bits), en remplaçant La technologie des cellules FG vers la technologie CTF ou le passage à une disposition tridimensionnelle des cellules sur une plaquette (3D NAND, V-NAND ; cela augmente cependant l'étape de processus). Par exemple, vers 2011-2012, tous les fabricants ont introduit des espaces d'air entre les lignes de contrôle, ce qui a permis de continuer à évoluer au-delà de 24-26 nm, et Samsung a commencé la production en série de NAND 3D à 24 et 32 ​​couches basées sur la technologie CTF en 2013-2014, y compris la version avec cellules 3 bits (TLC). La diminution de la résistance à l'usure (durée de vie d'effacement), qui apparaît avec une diminution du processus technique, ainsi qu'une augmentation du taux d'erreurs sur les bits, ont nécessité l'utilisation de mécanismes de correction d'erreurs plus complexes et une réduction des volumes d'enregistrement garantis et des périodes de garantie . Cependant, malgré les mesures prises, il est probable qu'une extension supplémentaire de la mémoire NAND ne sera pas économiquement justifiée, voire physiquement impossible. De nombreux remplacements possibles de la technologie de mémoire flash sont à l'étude, tels que FeRAM, MRAM, PMC, PCM, ReRAM, etc.

NON-ET 3D

Les circuits NAND se sont avérés pratiques pour construire une disposition verticale d'un bloc de cellules sur une puce. Des couches conductrices et isolantes sont déposées couche par couche sur le cristal, qui forment les conducteurs de grille et les grilles elles-mêmes. Ensuite, de nombreux trous se forment dans ces couches sur toute la profondeur des couches. La structure des transistors à effet de champ - isolants et grilles flottantes - est appliquée aux parois des trous. De cette manière, une colonne de transistors à effet de champ en forme d'anneau avec des grilles flottantes est formée.

Cette structure verticale s'est avérée très réussie et a permis un saut qualitatif dans la densité de la mémoire flash. Certaines entreprises promeuvent la technologie sous leurs propres marques, par exemple V-NAND, BiCS. En 2016, le nombre de couches de produits haut de gamme atteignait 64. .

Durée de conservation des données

L'isolation des poches n'est pas idéale et la charge évolue progressivement. La durée de conservation de la charge déclarée par la plupart des fabricants de produits ménagers ne dépasse pas 10 à 20 ans, bien que la garantie sur les supports ne dépasse pas 5 ans. Dans le même temps, la mémoire MLC a des durées plus courtes que la mémoire SLC.

Des conditions environnementales spécifiques, telles que des températures élevées ou une exposition aux rayonnements (rayonnement gamma et particules à haute énergie), peuvent réduire considérablement la durée de stockage des données.

Avec les puces NAND modernes, lors de la lecture, les données des pages adjacentes au sein du bloc peuvent être endommagées. Effectuer un grand nombre (des centaines de milliers ou plus) d'opérations de lecture sans réécriture peut accélérer l'apparition d'une erreur.

Selon Dell, la durée pendant laquelle un SSD non alimenté conserve les données dépend fortement du nombre de cycles d'écriture (P/E) et du type de mémoire flash utilisé, et peut aller de 3 à 6 mois dans le pire des cas.

Structure hiérarchique

L'effacement, l'écriture et la lecture de la mémoire flash se produisent toujours dans des blocs relativement grands de tailles différentes, la taille du bloc d'effacement étant toujours supérieure au bloc d'écriture et la taille du bloc d'écriture n'étant pas inférieure à la taille du bloc de lecture. En fait, il s’agit d’une caractéristique distinctive de la mémoire flash par rapport à la mémoire EEPROM classique.

En conséquence, toutes les puces de mémoire flash ont une structure hiérarchique clairement définie. La mémoire est divisée en blocs, les blocs sont constitués de secteurs, de secteurs de pages. Selon la fonction d'un microcircuit particulier, la profondeur de la hiérarchie et la taille des éléments peuvent varier.

Par exemple, une puce NAND peut avoir une taille de bloc d'effacement de plusieurs centaines de kilo-octets et une taille de page d'écriture et de lecture de 4 kilo-octets. Pour les puces NOR, la taille du bloc d'effacement varie d'unités à des centaines de Ko, la taille du secteur d'écriture - jusqu'à des centaines d'octets, la taille de la page de lecture - d'unités à des dizaines d'octets.

Peut-être que beaucoup de gens ont remarqué, en examinant les caractéristiques de leur disque, que sa capacité n'atteint pas celle spécifiée par le fabricant. Cela s'applique non seulement à la capacité des clés USB, mais à tous les supports numériques : disques durs et autres dont la capacité se mesure en mégaoctets, gigaoctets et, dans les appareils les plus récents, en téraoctets.

Quel est le problème ici et y a-t-il une tromperie cachée là-dedans ? Il se trouve que les fabricants de disques durs, en général, comme les fabricants d'autres produits, veulent vendre des « bonbons » avec une belle inscription (capacité) pour moins d'argent. Pour gagner le concours. Mais la capacité indiquée sur le disque est vraie, mais d'une part.

Alors pourquoi une clé USB de 2 Go n'a-t-elle en réalité que 1,86 Go, et une clé USB de 4 Go seulement 3,72 Go.

La réponse à cette question découle des bases de la technologie informatique, à savoir : 1 kilo-octet contient 1024 octets et ainsi de suite avec les mégaoctets, les gigaoctets...

capacité réelle ( http://www.ixbt.com/storage/flashdrives/svodka/size.shtml) est légèrement différent.

Résultat, faire un calcul simple : 4 000 000 0000/1024/1024/1024 = 3,72 ; nous obtenons le chiffre 3,72 Go.

Pour les disques de plus grande capacité, l’écart absolu sera plus important. Par exemple, pour un disque dur de 1 Téraoctet, la capacité réelle sera de 931 Go.

De plus, la capacité utilisable du disque dépend du système de fichiers sélectionné : FAT16, FAT32, NTFS. Les médias formatés sur différents systèmes auront une capacité utilisable différente. Cela est dû au fait que lorsqu'un disque est formaté, des informations système le concernant y sont écrites et elles sont différentes selon les systèmes de fichiers.

Eh bien, une dernière chose. Il existe un phénomène tel qu'une clé USB chinoise : c'est lorsque des informations sont délibérément saisies dans la section système d'une clé USB de petite capacité indiquant que sa capacité est grande. Par exemple, à partir de 1 Go, vous pouvez créer 32 Go. En pratique, si vous insérez cette clé USB dans votre ordinateur, elle indiquera que sa capacité est de 32 Go. Lorsque l'utilisateur y écrit des données dans un volume supérieur à son volume réel, la copie se terminera sans erreur. Mais il sera possible de lire des données à partir d'un tel support en quantité proportionnelle au volume réel, c'est-à-dire pas plus de 1 Go pour notre exemple.

La mémoire Flash appartient à la classe EEPROM, mais utilise une technologie spéciale pour construire des cellules de stockage. L'effacement en mémoire flash est effectué immédiatement pour toute une zone de cellules (en blocs ou sur la puce entière). Cela a permis d'augmenter considérablement la productivité en mode enregistrement (programmation). La mémoire Flash combine une densité de conditionnement élevée (ses cellules sont 30 % plus petites que les cellules DRAM), un stockage non volatile, un effacement et une écriture électriques, une faible consommation, une fiabilité élevée et un faible coût... Ce sont des mémoires reprogrammables.

Comme la RAM, La mémoire flash est modifiée électriquement dans le système, mais comme ROM, le flash est non volatile et stocke les données même après la mise hors tension. Cependant, contrairement à la RAM, Flash ne peut pas être réécrit octet par octet. La mémoire Flash est lue et écrite octet par octet et a une nouvelle exigence : il doit être effacé avant d'écrire de nouvelles données.

La mémoire flash est une mémoire à semi-conducteurs et un type spécial. Son cellule unitaire, qui stocke un bit d'information, n'est pas un condensateur, mais transistor à effet de champ avec une région spéciale isolée électriquement appelée « porte flottante ». Une charge électrique placée dans cette zone peut persister pendant de nombreuses années. Lors de l'écriture d'un bit de données, la cellule est chargée - la charge est placée sur la grille flottante, lors de l'effacement - la charge est retirée de la grille flottante et la cellule est déchargée.

Parmi ces dispositifs, on distingue les circuits avec des blocs spécialisés (structures de blocs asymétriques). Sous le nom de blocs de démarrage dans lesquels les informations sont protégées de manière fiable contre un effacement accidentel, les mémoires sont appelées Mémoire flash du bloc de démarrage.

Mémoire flash Type de bloc de démarrage sert à stocker des programmes et des données mis à jour dans une grande variété de systèmes, notamment les téléphones portables, les modems, le BIOS, les systèmes de gestion de moteur de voiture et bien plus encore. En utilisant la mémoire flash au lieu de l'EEPROM pour stocker les données paramétriques, les concepteurs peuvent réduire les coûts et améliorer la fiabilité de leurs systèmes.

Avantages de la mémoire flash par rapport à l'EEPROM :
1.

Vitesse d'écriture plus élevée pour l'accès séquentiel car l'effacement des informations en flash se fait par blocs.
2. Le coût de production de la mémoire flash est inférieur en raison de son organisation plus simple.
Défaut:Écriture lente dans des emplacements de mémoire aléatoires.

Mémoire avec accès séquentiel Utilisé là où les données peuvent être mises en file d'attente.

Mémoire Flash adressable. Stockage de données rarement modifiées. L'enregistrement et l'effacement sont effectués par le processeur du dispositif informatique en mode de fonctionnement normal. À cet effet, la mémoire Flash dispose d'un contrôle supplémentaire par mot de commande , écrit par le processeur dans un registre spécial sur la puce. Lorsqu'une tension de programmation spéciale est appliquée, le circuit assure l'enregistrement et l'effacement des informations. Avant la programmation, le processeur lit un code du microcircuit - un identifiant contenant le code du fabricant et du microcircuit pour coordonner automatiquement les algorithmes d'effacement et d'écriture.

Tous les octets de mémoire ou le bloc sélectionné sont effacés, après quoi ils sont tous vérifiés, effacés et revérifiés.

La programmation de la mémoire s'effectue octet par octet, les informations enregistrées sont vérifiées. Le processeur lit l'octet écrit dans la mémoire et le compare avec celui d'origine.

L'un des blocs est conçu pour stocker le logiciel du BIOS et constitue un matériel protégé contre tout effacement accidentel.

Principe de fonctionnement et conception de la mémoire flash

La mémoire contient également des blocs de paramètres et des blocs principaux qui ne sont pas protégés contre un effacement accidentel. Les blocs principaux stockent les principaux programmes de contrôle et les blocs de paramètres stockent les paramètres système modifiés relativement fréquemment.

Mémoire Flash de fichiers utilisé pour remplacer les disques durs. Réduit la consommation d'énergie, augmente la fiabilité de la mémoire, réduit leur taille et leur poids et augmente les performances lors de la lecture des données. Le programme peut être lu par le processeur directement à partir du fichier Mémoire Flash, et les résultats y sont également écrits.

Les périphériques de stockage externes amovibles compacts sont créés sur la base de la mémoire Flash de fichiers.

ZE-MNOP.

2 tensions de seuil. Upor1 – a une petite valeur, 1-2 V. Lorsque Upor est appliqué, le canal drain-source m/d est initié. Si le m/d du nitrure et du dioxyde de silicium a des charges, alors Upore est passé à 7V.

Écriture (programmation) de la mémoire flash– le processus de remplacement de 1 par 0. Effacement– remplacer 0 par 1.

3.Architecture RS. Processeurs informatiques. La structure des processeurs et leurs principales caractéristiques. Bus système et leurs caractéristiques. Bus locaux. Chipsets.
L'architecture est une hiérarchie à plusieurs niveaux de matériel et de logiciels, chaque niveau permettant plusieurs constructions et applications.

La structure est un ensemble d'éléments et de leurs connexions.

Un ordinateur est un complexe de matériel et de logiciels conçus pour automatiser la préparation et la résolution des tâches des utilisateurs.

L'architecture des ordinateurs- il s'agit d'une description générale de la structure et des fonctions d'un ordinateur à un niveau suffisant pour comprendre les principes de fonctionnement et le système de commande informatique, qui n'inclut pas de détails sur la structure technique et physique de l'ordinateur.

L'architecture comprend les principes suivants de construction informatique :

1. structure de la mémoire informatique ;
2. méthodes d'accès à la mémoire et aux périphériques externes ;
3. possibilité de modifier la configuration ;
4. système de commande ;
5. formats de données ;
6. organisation des interfaces.

L'architecture des ordinateurs personnels modernes est basée sur principe modulaire de base. La communication d'informations entre les appareils informatiques s'effectue via bus système(un autre nom est système autoroute).

Un bus est un câble composé de nombreux conducteurs. Un groupe de chefs d'orchestre chacun - bus de données les informations traitées sont transmises, d'autre part - bus d'adresses— adresses de mémoire ou de périphériques externes auxquels accède le processeur. La troisième partie de l'autoroute - bus de commande, des signaux de commande y sont transmis (par exemple, un signal indiquant que l'appareil est prêt à fonctionner, un signal pour démarrer le fonctionnement de l'appareil, etc.).

Le bus système est caractérisé fréquence d'horloge et profondeur de bits. Le nombre de bits transmis simultanément sur le bus est appelé largeur du bus. Fréquence d'horloge caractérise le nombre d'opérations élémentaires de transfert de données en 1 seconde. La largeur du bus est mesurée en bits, la fréquence d'horloge est mesurée en mégahertz.
Bus système

Transfert d'informations entre MP et d'autres éléments. Les appareils sont également adressés et des signaux de service spéciaux sont échangés. La transmission des informations sur le bus est contrôlée par l'un des appareils qui y sont connectés ou par un nœud spécialement dédié à cet effet, appelé bus arbitre.

Autobus ISA(Industry Standard Architecture), il existe un connecteur à 36 broches pour les cartes d'extension. De ce fait, le nombre de lignes d'adresse est de 4, et le nombre de données est de 8. Il est possible de transmettre 16 bits de données en parallèle, et grâce à 24 lignes d'adresse, d'accéder directement à 16 Mo de mémoire système. Nombre de lignes d'interruption matérielle - 15.

Autobus EISA(ISA étendu). fournit la plus grande quantité possible de mémoire adressable, un transfert de données 32 bits, un système d'interruption amélioré, une configuration automatique du système et des cartes d'extension. Le connecteur EISA sur la carte système de l'ordinateur est compatible ISA. Le bus EISA vous permet d'adresser 4 Go d'espace d'adressage. Théoriquement, la vitesse maximale est de 33 Mo/s. Le bus est cadencé à une fréquence d'environ 8 à 10 MHz.

Bus locaux sont conçus pour augmenter la vitesse de l'ordinateur, permettant aux périphériques (adaptateurs vidéo, contrôleurs de stockage) de fonctionner à des fréquences d'horloge allant jusqu'à 33 MHz et plus. Le connecteur est de type MCA.

Bus PCI. Entre le bus du processeur local et le PCI lui-même, il existe un circuit d'adaptation spécial

Selon la spécification PCI, jusqu'à 10 appareils peuvent être connectés au bus. Le bus PCI fonctionne à une fréquence d'horloge fixe de 33 MHz et fournit des tensions d'alimentation de 5 et 3,3 V pour les contrôleurs, en mode plug and play.

Bus PCI-X – PCI hautes performances. est synchrone, c'est-à-dire toutes les données sont traitées simultanément à la réception d'un signal de commande. La largeur du bus est de 32 bits. À 33 MHz, le débit théorique est de 132 Mo/s.

Toute information transmise du processeur à d'autres appareils via le bus de données est accompagnée de adresse transmis via le bus d’adresse. Il peut s'agir de l'adresse d'une cellule mémoire ou de l'adresse d'un périphérique. Il faut que la largeur du bus permette de transmettre l'adresse de la cellule mémoire. Ainsi, en termes simples, la largeur du bus limite la quantité de RAM de l'ordinateur ; elle ne peut pas être supérieure à , où n est la largeur du bus.

schéma de circuit d'un ordinateur construit sur le principe du backbone

Jeu de puces- de l'anglais Un « jeu de puces » est un ensemble de puces conçues pour fonctionner ensemble pour exécuter un ensemble de fonctions. Ainsi, dans les ordinateurs, le chipset agit comme un composant de connexion qui assure le fonctionnement conjoint de la mémoire, du CPU, des entrées-sorties et des autres sous-systèmes. Les chipsets se trouvent également dans d'autres appareils, par exemple dans les unités radio des téléphones portables.

Le chipset des cartes mères d'ordinateur se compose de deux puces principales (parfois elles sont combinées en une seule puce) :

1. MCH - Memory Controller Hub - northbridge - assure l'interaction entre l'unité centrale (CPU) et la mémoire et l'adaptateur vidéo. Les nouveaux chipsets disposent souvent d'un sous-système vidéo intégré.

   Le contrôleur mémoire peut être intégré au processeur (par exemple Opteron, Nehalem, UltraSPARC T1).

2. ICH - I/O Controller Hub - Southbridge - assure l'interaction entre le CPU et le disque dur, les cartes PCI, les interfaces IDE, SATA, USB, etc.

Parfois aussi, les chipsets incluent une puce Super I/O, qui se connecte au pont sud et est responsable des ports RS232, LPT, PS/2 à faible vitesse.

Actuellement, les principaux fabricants de chipsets pour ordinateurs de bureau sont des entreprises Intel, nVidia, AMD(qui a acquis ATI et produit actuellement des chipsets sous son propre nom), VIA Et SIS.

Ferme Intel produit des chipsets uniquement pour ses propres processeurs. Pour les transformateurs d'entreprise DMLA les plus courants sont les chipsets nVidia(généralement produit sous la marque nForce) et DMLA.

Chipsets d'entreprises VIA Et SIS Ils sont populaires principalement dans le secteur bas de gamme, ainsi que dans les systèmes bureautiques, bien que leurs graphiques intégrés soient nettement inférieurs à ceux de nVidia et AMD en termes de capacités 3D.

⇐ Précédent12345678910Suivant ⇒

Date de publication : 2015-10-09 ; Lire : 262 | Violation des droits d'auteur de la page

Studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,004 s)…

Comparaison des performances de différents types de disques serveur (HDD, SSD, SATA DOM, eUSB)

Dans cet article, nous examinerons les modèles de lecteurs de serveur modernes du point de vue des performances et des domaines d'application optimaux.

À l'heure actuelle, les serveurs utilisent principalement deux types de périphériques de stockage de données : les disques magnétiques durs (HDD, disque dur) et les disques SSD (SSD, SSD). De plus, des périphériques tels que le module Flash eUSB et le SATA DOM sont également utilisés. Examinons tous ces types plus en détail.

Les disques durs magnétiques modernes peuvent utiliser l'une des deux interfaces suivantes : SATA (Serial Advanced Technology Attachment) et SAS (Serial Attached SCSI). La version actuelle de l'interface SATA offre un débit de 6 Gbit/s. Les disques dotés de cette interface sont principalement utilisés dans le segment des ordinateurs personnels de bureau, mais peuvent également être utilisés dans les serveurs. Dans le segment des serveurs, ces disques ont une vitesse de broche de 7 200 tr/min. Les modèles qui participeront à nos tests de ce type de disque sont le Seagate Constellation.2 ST91000640NS (SATA 7'200, 2.5″) et le Seagate Constellation ES ST1000NM0011 (SATA 7'200, 3.5″).

Une interface de disque SAS plus fiable et productive est conçue pour les solutions serveur et les postes de travail. Il a également un débit allant jusqu'à 6 Gbps, mais en mode Full Duplex, ce qui signifie qu'il peut transmettre simultanément des données dans les deux sens à une vitesse de 6 Gbps. Les disques dotés de cette interface ont un MTBF (Mean Time Between Failures) plus élevé. De plus, l'interface SAS, contrairement à SATA, utilise un ensemble de commandes différent prenant en charge une profondeur de file d'attente de requêtes plus grande (64 contre 32, plus la profondeur de file d'attente est grande, meilleure est l'optimisation de la file d'attente d'exécution des requêtes) et une connexion à double port pour une éventuelle tolérance aux pannes. Une caractéristique importante de SAS est une connexion plus personnalisée des disques avec l'interface SAS à divers fonds de panier, paniers, extensions, contrôleurs RAID et HBA, systèmes de stockage et autres périphériques, via des ports internes et externes. Actuellement, les serveurs utilisent des disques SAS avec des vitesses de broche de 7 200, 10 000 et 15 000 tr/min.

Vitesse 7’200 tr/min. au début, c'était atypique pour le segment des serveurs, mais les fabricants de disques durs ont décidé à un moment donné de produire des disques avec une vitesse de rotation de 7 200 tr/min non seulement avec l'interface SATA, mais également avec l'interface SAS. Dans leur partie « mécanique », ces variateurs sont exactement les mêmes, ils ne diffèrent que par le mode de connexion. Cette décision a augmenté le prix abordable des disques SAS et a fourni au segment des serveurs des disques SAS de plus grande capacité. Le principal domaine d'application de ces disques est celui des postes de travail à petit budget et des serveurs d'entrée de gamme. Les disques testés de ce type sont le Seagate Constellation.2 ST91000640NS (SAS 7'200, 2.5″) et le Seagate Constellation ES.3 ST1000NM0023 (SAS 7'200, 3.5″).

Les disques SAS avec une vitesse de rotation de 10 000 tr/min constituent une bonne solution pour les postes de travail puissants et les solutions de serveur d'entreprise à faible coût. Le disque testé est le Seagate Savvio 10K5 ST9900805SS (SAS 10000 2.5″).

Les disques SAS avec une vitesse de broche de 15 000 tr/min sont le meilleur choix pour les serveurs d'entreprise, les centres de données (DPC) et les systèmes de stockage de données (SDS). Le disque testé est le Seagate Cheetah 15K7 ST3300657SS (SAS 15000 3.5″).

Les performances des lecteurs ci-dessus lors des opérations de lecture/écriture séquentielles et aléatoires sont illustrées dans le diagramme suivant.

À vitesse de broche et taille de plateau physique identiques, les disques SAS sont plus rapides que les disques SATA, ce qui s'explique par la densité de données linéaires plus élevée des disques SAS par rapport aux disques SATA.

En revanche, les disques SAS 7'200, 3,5" et SAS 10'000, 2,5" affichent des résultats quasiment identiques. Ceci s'explique par le fait que l'avantage en termes de vitesse de rotation est compensé par la taille physique plus petite des plateaux de disques de 2,5", de sorte que, avec la même densité de données linéaires, la vitesse linéaire des têtes par rapport aux plateaux est à peu près le même.

Dans le test de lecture aléatoire, qui mesure les opérations d'entrée/sortie par seconde (IOPS), les disques 2,5" à 7'200 tr/min fonctionnent mieux que les disques 3,5" de même vitesse car les "petits" disques ont moins de mouvement de la tête pour le secteur souhaité. Les disques SAS affichent là encore de meilleurs résultats par rapport aux disques SATA, désormais grâce à une meilleure optimisation de l'ordre d'exécution des requêtes aléatoires grâce à la prise en charge d'une plus grande profondeur de file d'attente (64 pour SAS contre 32 pour SATA). L'avantage des disques SAS 10 000 et 15 000 tr/min réside non seulement dans la vitesse de broche élevée, mais également dans le fait qu'ils disposent d'un mécanisme de positionnement de tête plus avancé avec des temps d'accès plus courts.

Les disques SAS présentent le même avantage par rapport aux disques SATA dans les opérations d'écriture aléatoire que dans les opérations de lecture.

Les SSD utilisant une mémoire NAND-Flash non volatile ont des vitesses de lecture et d'écriture aléatoires des centaines de fois plus rapides que les disques durs, car les SSD n'ont pas besoin de déplacer la tête magnétique. De plus, les SSD ont une consommation d'énergie inférieure et aucun bruit de fonctionnement. Mais ils présentent aussi des inconvénients, à savoir : un coût élevé et, par rapport aux disques durs, un volume relativement faible. Dans le segment des ordinateurs de bureau, ces disques sont utilisés conjointement avec des disques durs dans un système dans lequel le système d'exploitation et les programmes les plus nécessaires sont installés sur le SSD et toutes les autres données sont stockées sur le disque dur. Cette approche augmente considérablement la vitesse de l'ordinateur sans augmenter considérablement son coût. Pour les tests, nous avons choisi un disque Intel 520 Series 240 Go. Ce disque est recommandé pour une utilisation sur les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables et les postes de travail.

Dans le segment des serveurs, la situation des SSD est sensiblement différente. Placer de grandes quantités de données sur un SSD coûte assez cher. Mais ils peuvent être utilisés avec succès pour la mise en cache, lorsque le cache SSD est utilisé pour stocker des données « chaudes », c'est-à-dire les données auxquelles on accède le plus souvent. Cela augmente considérablement les performances du sous-système de disque du serveur, en particulier pour les opérations d'accès aléatoire. Le disque SSD du serveur testé est un Intel DC S3700 100 Go.

Lors de la lecture séquentielle, les disques de bureau et de serveur affichent des résultats presque identiques, mais lors de l'écriture séquentielle, le SSD de type serveur perd sensiblement. Cela est dû au fait que le lecteur du serveur utilise une mémoire qui permet un nombre de cycles de réécriture d'un ordre de grandeur supérieur, mais les opérations d'écriture elles-mêmes sont effectuées plus lentement.

Pour les opérations d'écriture aléatoires, le décalage est également important, mais cela est dû à la nécessité de fournir une ressource d'écriture beaucoup plus importante pour les lecteurs du serveur.

Les lecteurs eUSB, comme les lecteurs SSD, utilisent également des modules Flash pour stocker les données, mais ils sont installés directement dans le connecteur USB de la carte mère du serveur. Ces lecteurs présentent un certain nombre de limitations fonctionnelles et autres en raison de l'utilisation d'un port USB comme interface. Une version complète du système d'exploitation Windows ne peut pas être chargée à partir d'un tel lecteur et la vitesse de l'interface (480 Mbit/s) est nettement inférieure à celle du SATA (6 Gbit/s). Le domaine le plus optimal pour leur utilisation dans les serveurs consiste à utiliser un petit système d'exploitation comme chargeur de démarrage, par exemple l'hyperviseur VMware ESXi.

Dans les clients légers, ces lecteurs sont utilisés pour stocker une image du système d'exploitation Windows Embedded. Le lecteur testé est un eUSB Transcend 4 Go.

Les disques SATA DOM sont plus fonctionnels que les disques eUSB. Ils sont connectés de la même manière que les disques SSD, à un connecteur SATA, mais en même temps ils « ressemblent » plus à une clé USB qu'à un disque dur.

Conception et principe de fonctionnement d'une clé USB

Ils sont installés directement dans les connecteurs SATA de la carte mère d'un ordinateur ou d'un serveur. C'est pratique lorsqu'un tel connecteur a une alimentation intégrée, sinon elle doit être fournie via un câble supplémentaire. Étant donné que ces disques sont connectés à des connecteurs SATA standard, le BIOS de la carte mère fonctionne avec eux comme avec des disques durs ou SSD classiques, ce qui permet d'installer une version amorçable complète du système d'exploitation Windows sur le DOM SATA. Sur un serveur, cela libère de l'espace dans le panier du sous-système de disque, lui permettant d'être utilisé pour un disque RAID. De plus, le lecteur SATA DOM est situé à l'intérieur de la plate-forme serveur, ce qui empêche le retrait accidentel du disque avec le système d'exploitation installé. De tels disques peuvent être utilisés dans les segments de bureau et de serveur, ainsi que dans les clients légers, en installant n'importe quel système d'exploitation ou hyperviseur pour la virtualisation. Le disque testé est un SATA DOM Innodisk 8 Go.

Les résultats des tests pour les disques eUSB-Flash et SATA DOM correspondent aux performances de leurs interfaces. Selon la spécification USB 2.0, la vitesse est régulée entre 25 et 480 Mbit/s, et pour SATA 3.0 - 6 000 Mbit/s, ce qui penche déjà en faveur des appareils dotés d'une interface SATA. Dans le graphique, nous constatons une supériorité de 2,5 fois dans les opérations de lecture et d'écriture séquentielles du SATA DOM Innodisk par rapport à l'eUSB-Flash.

Dans le test des opérations de lecture aléatoire, la situation ne change pas, SATA DOM est également en tête. L'écriture aléatoire sur les deux disques est également d'un niveau très faible, mais elle n'est pas destinée à ces opérations.

Les données de performances des meilleurs représentants de chaque type de lecteur issues de nos tests sont présentées dans les diagrammes suivants. Le leader incontesté est le SSD d'Intel.

Nous espérons que notre article vous aidera à décider du choix d'un lecteur particulier. Et il y a vraiment beaucoup de choix. Une très grande variété de disques est proposée par les fabricants, mais pour obtenir les meilleurs résultats, vous devez planifier correctement vos besoins et vos attentes en matière de sous-systèmes de stockage.

Les mesures du disque dur et du SSD ont été effectuées sur le même contrôleur Intel RS25DB080. Les tests ont été effectués à l'aide du programme IOmeter avec les paramètres suivants : contrôleur et cache disque désactivés, profondeur de la file d'attente de commandes - 256, paramètre Strip Size - 256 Ko, taille du bloc de données - 256 Ko pour les opérations séquentielles et 4 Ko pour les opérations aléatoires. La vitesse des opérations séquentielles a été mesurée en Mo/s, aléatoire - en IOPS (opérations d'entrée/sortie par seconde).

Andrey Leontyev, ingénieur du département matériel serveur
03.06.13

La société taïwanaise Mach Xtreme Technology, spécialisée dans les composants informatiques hautes performances et étroitement impliquée dans la production de disques SSD, a lancé la vente au détail d'une solution de stockage de données prometteuse appelée PCIe SSD MX-EXPRESS.

Mémoire flash. Passé, présent et futur

Le nouveau produit a un design discret, se caractérise par les dimensions hors tout suivantes : 152,5 x 19 x 69 mm, pèse 125 grammes, se connecte à l'ordinateur via un slot PCI-Express 2.0 x2, utilise un double contrôleur encore sans nom et est disponible en quatre versions en termes de volume : 128 Go, 256 Go, 512 Go et 1 To.

Le lecteur prend en charge les certificats ROHS, CE et FCC et ne nécessite aucun pilote pour l'installation dans le système. Les vitesses de transfert de données varient en fonction de la capacité des disques. Ainsi, pour les solutions 512 Go et 1 To, la vitesse de lecture séquentielle est de 850 Mo/s, et la vitesse d'écriture est de 800 Mo/s, le niveau de performances est de l'ordre de 100 000 IOPS et le temps d'accès est de 0,1 ms.

Les disques de la série MX-Express ont une durée de vie énorme de 2,5 millions d'heures, peuvent fonctionner à des températures ambiantes de zéro à 70 degrés Celsius et prennent en charge TRIM, DuraClass, DuraWrite, RAISE et Garbage Collector. De plus, le nouveau produit est livré avec un cache PCI discret.

Le modèle 128 Go coûtera à chacun 309,90 euros, 256 Go - 379,90 euros, 512 Go - 669,90 euros et 1 To - 1449,90 euros. La garantie qualité du fabricant pour les appareils est de 2 ans.

Ce n’est un secret pour personne : dans le monde moderne, l’information est l’un des biens les plus importants. Et comme tout autre produit, il doit être stocké et transféré. Des périphériques de stockage portables ont été créés à cet effet. Dans un passé récent, ce rôle était joué par les disquettes et les CD, capables de stocker une très petite quantité d'informations malgré leur grande taille. Avec le développement de la technologie informatique, la taille des supports de stockage a progressivement diminué, mais le volume de données qui y sont stockées a augmenté plusieurs fois. Cela a conduit à l’émergence d’un nouveau périphérique de stockage portable : la clé USB.

Mémoire flash- un type spécial de mémoire à semi-conducteur non volatile et réinscriptible.

Regardons de plus près : non volatile - ne nécessite pas d'énergie supplémentaire pour stocker les données (l'énergie n'est nécessaire que pour l'enregistrement), réinscriptible - permettant de modifier (réécrire) les données qui y sont stockées et semi-conducteur (à l'état solide), qui est, ne contenant pas de pièces mécaniquement mobiles (comme les disques durs ou les CD ordinaires), construit sur la base de circuits intégrés (IC-Chip).

Littéralement sous nos yeux, la mémoire flash est passée d'un moyen de stockage de données exotique et coûteux à l'un des supports de stockage les plus populaires. Les mémoires SSD de ce type sont largement utilisées dans les lecteurs portables et les ordinateurs de poche, dans les appareils photo et les lecteurs flash miniatures. Les premiers échantillons de production fonctionnaient à faible vitesse, mais aujourd'hui, la vitesse de lecture et d'écriture des données sur la mémoire flash vous permet de regarder un long métrage stocké dans une puce miniature ou d'exécuter un système d'exploitation « lourd » de classe Windows XP.

En raison de sa faible consommation d'énergie, de sa taille compacte, de sa durabilité et de ses performances relativement élevées, la mémoire flash est idéale pour être utilisée comme stockage dans des appareils portables tels que des appareils photo et vidéo numériques, des téléphones portables, des ordinateurs portables, des lecteurs MP3, des enregistreurs vocaux numériques, etc. .

Histoire

Initialement, les disques durs SSD ont été développés pour les serveurs à haute vitesse et ont été utilisés à des fins militaires, mais comme c'est généralement le cas, au fil du temps, ils ont commencé à être utilisés pour des ordinateurs et des serveurs civils.

Deux classes d'appareils ont émergé : dans un cas, ils sacrifiaient les circuits d'effacement pour obtenir une mémoire haute densité, et dans l'autre cas, ils fabriquaient un appareil entièrement fonctionnel avec une capacité beaucoup plus petite.

En conséquence, les efforts des ingénieurs visaient à résoudre le problème de la densité des circuits d'effacement. Ils furent couronnés de succès par l’invention de l’ingénieur Toshiba Fujio Masuoka en 1984. Fujio a présenté son développement lors de l'International Electron Devices Meeting à San Francisco, en Californie. Intel s'est intéressé à cette invention et quatre ans plus tard, en 1988, a lancé le premier processeur flash commercial de type NOR. L'architecture de mémoire flash NAND a été annoncée un an plus tard par Toshiba en 1989 lors de la conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs. La puce NAND avait une vitesse d'écriture plus rapide et une zone de circuit plus petite.

On prétend parfois que le nom Flash en relation avec le type de mémoire est traduit par « flash ». En fait, ce n'est pas vrai. Une version de son apparition indique que pour la première fois en 1989-90, Toshiba a utilisé le mot Flash dans le contexte de « rapide, instantané » pour décrire ses nouvelles puces. En général, Intel est considéré comme l'inventeur, ayant introduit la mémoire flash avec l'architecture NOR en 1988.

Les avantages des cartes flash USB par rapport aux autres lecteurs sont évidents :

petites dimensions,

très léger,

fonctionnement silencieux,

possibilité de réécriture,

bonne résistance aux contraintes mécaniques, contrairement aux CD et disquettes (5 à 10 fois supérieure au maximum autorisé pour les disques durs classiques),

résiste aux changements de température sévères,

pas de pièces mobiles, ce qui réduit la consommation d'énergie au minimum,

aucun problème de connexion - les sorties USB sont disponibles sur presque tous les ordinateurs,

grande quantité de mémoire,

enregistrer des informations dans des cellules mémoire,

La période de stockage des informations peut aller jusqu'à 100 ans.

La mémoire flash consomme beaucoup (environ 10 à 20 fois ou plus) moins d'énergie pendant le fonctionnement.

Il convient également de noter que pour travailler avec une clé USB, vous n'avez besoin d'aucun programme tiers, adaptateur, etc. L'appareil est reconnu automatiquement.

Si vous écrivez sur une clé USB 10 fois par jour, elle durera environ 30 ans.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement de la technologie des mémoires flash à semi-conducteurs repose sur la modification et l'enregistrement de la charge électrique dans une zone isolée (poche) de la structure semi-conductrice.

Le changement de charge (« écriture » et « effacement ») est réalisé en appliquant un potentiel élevé entre la grille et la source de sorte que l'intensité du champ électrique dans le mince diélectrique entre le canal du transistor et la poche soit suffisante pour provoquer un effet tunnel. Pour renforcer l'effet tunnel des électrons dans la poche pendant l'écriture, une légère accélération des électrons est appliquée en faisant passer un courant à travers le canal du transistor à effet de champ.

Représentation schématique d'un transistor à grille flottante.

Entre la grille de contrôle et le canal par lequel le courant circule de la source au drain, on place la même grille flottante, entourée d'une fine couche de diélectrique. En conséquence, lorsque le courant circule à travers un tel transistor à effet de champ « modifié », certains électrons de haute énergie traversent le diélectrique et se retrouvent à l’intérieur de la grille flottante. Il est clair que pendant que les électrons creusaient un tunnel et erraient à l'intérieur de cette porte, ils ont perdu une partie de leur énergie et ne peuvent pratiquement pas revenir en arrière. Appareils SLC et MLC

Il existe des dispositifs dans lesquels la cellule élémentaire stocke un bit d'information et plusieurs. Dans les cellules monobit, il n’y a que deux niveaux de charge sur la grille flottante. De telles cellules sont appelées cellules à un seul niveau. cellule à un seul niveau SLC). Dans les cellules multi-bits, on distingue davantage de niveaux de charge ; on les appelle multi-niveaux. cellule multi-niveaux, MLC). Les appareils MLC sont moins chers et plus volumineux que les appareils SLC, mais le temps d'accès et le nombre de réécritures sont pires.

Mémoire audio

Un développement naturel de l'idée des cellules MLC a été l'idée d'enregistrer un signal analogique dans la cellule. Ces puces flash analogiques sont les plus largement utilisées dans la reproduction sonore. De tels microcircuits sont largement utilisés dans toutes sortes de jouets, cartes son, etc.

Ni mémoire flash

Conception NI utilise une matrice bidimensionnelle classique de conducteurs (« lignes » et « colonnes ») dans laquelle une cellule est installée à l'intersection. Dans ce cas, le conducteur des lignes était connecté au drain du transistor, et le conducteur des colonnes à la deuxième grille. La source était reliée à un substrat commun à tous. Avec cette conception, il était facile de lire l’état d’un transistor particulier en appliquant une tension positive à une colonne et une ligne.

Ce type de mémoire flash est basé sur l'algorithme NOR, car dans un transistor à grille flottante, une tension de grille trop faible en signifie un. Ce type de transistor est constitué de deux grilles : flottante et de contrôle. La première porte est complètement isolée et a la capacité de retenir les électrons jusqu’à dix ans. La cellule est également constituée d'un drain et d'une source. Lorsqu'une tension est appliquée à la grille de commande, un champ électrique est généré et ce que l'on appelle l'effet tunnel se produit. La plupart des électrons sont transférés (tunnels) à travers la couche isolante et pénètrent dans la grille flottante. La charge sur la grille flottante du transistor modifie la "largeur" ​​drain-source et la conductivité du canal utilisé pour la lecture. Les cellules d'écriture et de lecture sont très différentes en termes de consommation électrique : par exemple, les clés USB consomment plus de courant lors de l'écriture que lors de la lecture (consommant très peu d'énergie). Pour supprimer (effacer) des données, une tension négative suffisamment élevée est appliquée à la grille de contrôle, ce qui conduit à l'effet inverse (les électrons de la grille flottante sont transférés à la source par effet tunnel). Dans l'architecture NOR, il est nécessaire de connecter un contact à chaque transistor, ce qui augmente considérablement la taille du processeur. Ce problème est résolu grâce à la nouvelle architecture NAND.

La quantité d'informations utiles que nous pouvons stocker électroniquement est déterminée par la capacité d'un appareil particulier. La mémoire Flash est très utile de ce point de vue. La particularité des appareils qui l'utilisent est généralement appelée le volume important et la petite taille physique du support.

Qu’est-ce que la mémoire flash ?

C'est le nom donné à un type de technologie de semi-conducteurs permettant de créer une mémoire électriquement reprogrammable. Dans la conception de circuits, c'est le nom d'une solution complète d'un point de vue technologique pour la construction de dispositifs de stockage permanents.

Dans la vie de tous les jours, l'expression « mémoire flash » est utilisée pour désigner une large classe de dispositifs à semi-conducteurs fabriqués à l'aide de la même technologie. Les avantages importants qui ont conduit à leur utilisation généralisée sont :

1. Compacité.
2. Bas prix.
3. Force mécanique.
4. Grand volume.
5. Rapidité de travail.
6. Basse consommation énergétique.

Grâce à tout cela, la mémoire flash peut être trouvée dans de nombreux appareils numériques portables, ainsi que dans un certain nombre d'appareils. Hélas, elle présente également des inconvénients, tels que la durée de vie limitée du support et la sensibilité aux décharges électrostatiques. Mais quelle est la capacité de la mémoire flash ? Il est peu probable que vous puissiez deviner, mais essayez. peuvent atteindre des tailles énormes : par exemple, malgré leur petite taille, les supports de données de 128 Go actuellement en vente gratuitement surprendront peu de gens. Le moment n’est pas loin où 1 To n’aura que peu d’intérêt.

Histoire de la création

Les prédécesseurs sont considérés comme des dispositifs de stockage permanents qui ont été effacés à l’aide de rayons ultraviolets et d’électricité. Ils avaient également des matrices de transistors dotées d’une grille flottante. Ce n'est que chez eux que l'ingénierie électronique a été réalisée en créant un diélectrique considérablement mince. Mais dans le même temps, la surface de câblage des composants présentés dans la matrice a fortement augmenté lorsqu'il a fallu créer un champ de tension inverse.

Il était difficile pour les ingénieurs de résoudre le problème de la densité des composants des circuits d'effacement. En 1984, le problème a été résolu avec succès et, en raison de la similitude des processus avec le photoflash, la nouvelle technologie a été appelée « flash » (en anglais - « flash »).

Principe de fonctionnement

Elle repose sur l’enregistrement et la modification de la charge électrique existant dans une région isolée de la structure semi-conductrice. Ces processus se produisent entre la source de potentiel élevé et la grille pour produire une tension de champ électrique dans le mince diélectrique placé ici, de sorte que cela soit suffisant pour se produire entre la poche et le canal du transistor. Pour l'améliorer, une légère accélération des électrons est utilisée, puis une injection de porteurs chauds a lieu. Les informations de lecture sont affectées au Pocket car il fait office d'obturateur. Son potentiel modifie les caractéristiques de seuil du transistor, qui sont enregistrées par les circuits de lecture. La conception comporte des éléments qui permettent de travailler avec un large éventail de cellules similaires. Grâce à la petite taille de toutes les pièces, la capacité de la mémoire flash est impressionnante.

Appareils NOR et NAND

Ils se distinguent par la méthode qui sert de base à la connexion des cellules en un seul tableau, ainsi que par les algorithmes de lecture et d'écriture. La conception NOR est basée sur une matrice bidimensionnelle classique de conducteurs, dans laquelle se trouve une cellule à l'intersection des colonnes et des lignes. Pendant le fonctionnement, le conducteur ligne est connecté au drain du transistor et les colonnes sont connectées à la deuxième grille. La source est reliée au substrat, qui est commun à tous. Cette conception permet de lire facilement l'état de transistors spécifiques en appliquant une puissance positive à une ligne et une colonne.

Pour imaginer ce qu'est la NAND, imaginez un tableau tridimensionnel. Il est basé sur la même matrice. Mais à chaque intersection, il n'y a pas un seul transistor, mais une colonne entière est installée, composée de cellules connectées en série. Cette conception comporte de nombreuses chaînes de portes en une seule intersection. Dans ce cas, il est possible d'augmenter considérablement (et cela est utilisé) la densité des composants. L’inconvénient est que l’algorithme d’écriture, d’accès et de lecture d’une cellule devient beaucoup plus compliqué. Pour NOR, l'avantage est la rapidité de fonctionnement et l'inconvénient est la capacité d'information maximale de la mémoire flash. Pour NAND, la taille est un plus et la vitesse est un moins.

Appareils SLC et MLC

Il existe des appareils capables de stocker une ou plusieurs informations. Dans le premier type, il ne peut y avoir que deux niveaux de charge de la grille flottante. De telles cellules sont appelées cellules à un seul bit. Dans d'autres, il y en a plus. Les cellules multi-bits sont souvent également appelées cellules multi-niveaux. Curieusement, ils sont peu coûteux et encombrants (dans un sens positif), bien qu'ils réagissent plus lentement et subissent également moins de réécritures.

Mémoire audio

Au fur et à mesure du développement de MLC, l'idée d'écrire dans une cellule est née. Le résultat obtenu est utilisé dans des microcircuits qui reproduisent des fragments sonores relativement petits dans des produits bon marché (jouets, par exemple, cartes son et objets similaires).

Limites technologiques

Les processus d'écriture et de lecture diffèrent en termes de consommation d'énergie. Ainsi, pour le premier, il est nécessaire de générer une haute tension. Dans le même temps, lors de la lecture, les coûts énergétiques sont assez faibles.

Enregistrer la ressource

Lorsque la charge change, des changements irréversibles dans la structure s'accumulent. Le nombre d’entrées pour une cellule est donc limité. En fonction de la mémoire et du processus technologique de fonctionnement, les appareils peuvent survivre à des centaines de milliers de cycles (bien que certains représentants n'atteignent pas 1 000).

Dans les appareils multi-bits, la durée de vie garantie est assez faible par rapport à d'autres types d'organisation. Mais pourquoi l’appareil lui-même se dégrade-t-il ? Le fait est que vous ne pouvez pas contrôler individuellement la charge qui possède une porte flottante dans chaque cellule. Après tout, l’enregistrement et l’effacement se font pour plusieurs en même temps. Le contrôle qualité est effectué à l'aide d'une valeur moyenne ou d'une cellule de référence. Au fil du temps, une inadéquation se produit et les frais peuvent dépasser la limite autorisée, après quoi les informations deviennent illisibles. De plus, la situation ne fait qu'empirer.

Une autre raison est la diffusion mutuelle des régions conductrices et isolantes dans la structure semi-conductrice. Dans ce cas, des pannes électriques se produisent périodiquement, ce qui entraîne un flou des limites et la carte mémoire flash tombe en panne.

Durée de conservation des données

L’isolation de la poche n’étant pas idéale, la charge se dissipe progressivement. En règle générale, la période pendant laquelle les informations peuvent être conservées est d'environ 10 à 20 ans. Des conditions extérieures spécifiques ont un effet catastrophique sur la durée de stockage. Ainsi, une augmentation de la température, un rayonnement gamma ou des particules à haute énergie peuvent rapidement détruire toutes les données. Or, les modèles les plus avancés, qui peuvent se vanter de disposer d'une capacité d'information importante de la mémoire flash, présentent des faiblesses. Ils ont une durée de conservation inférieure à celle des appareils développés et corrigés depuis longtemps, affinés plus d'une fois.

Conclusion

Malgré les problèmes évoqués en fin d’article, la technologie des mémoires flash est très efficace, c’est pourquoi elle s’est généralisée. Et ses avantages couvrent largement ses inconvénients. Par conséquent, la capacité d’information de la mémoire flash est devenue très utile et populaire dans les appareils électroménagers.