La memoria flash ( en inglés flash memory ) es un tipo de memoria eléctricamente reprogramable ( EEPROM ) de tecnología de semiconductores . La misma palabra se utiliza en circuitos electrónicos para referirse a soluciones ROM tecnológicamente completas en forma de microcircuitos basados en esta tecnología de semiconductores. En la vida cotidiana, esta frase se ha asignado a una amplia clase de dispositivos de almacenamiento de estado sólido .
Este artículo trata sobre tecnología de semiconductores y componentes electrónicos relacionados; hay otros artículos sobre unidades de estado sólido : tarjeta de memoria , unidad flash usb .
Debido a su tamaño compacto, bajo costo, resistencia mecánica, gran volumen, velocidad y bajo consumo de energía, la memoria flash se usa ampliamente en dispositivos portátiles digitales y medios de almacenamiento. Una seria desventaja de esta tecnología es el recurso limitado de los portadores [1] [2] , así como la sensibilidad a las descargas electrostáticas.
Los precursores de la tecnología de memoria flash pueden considerarse memorias de solo lectura que se pueden borrar con luz ultravioleta ( EPROM ) y ROM que se pueden borrar eléctricamente ( EEPROM ). Estos dispositivos también tenían una serie de transistores de puerta flotante , en los que la inyección de electrones en la puerta flotante ("escritura") se realizaba creando una gran fuerza de campo eléctrico en un dieléctrico delgado. Sin embargo, el área de cableado de los componentes en la matriz aumentaba drásticamente si era necesario crear un campo inverso para quitar electrones de la puerta flotante ("borrado"), por lo que surgieron dos clases de dispositivos: en un caso, Sacrificaron los circuitos de borrado, obteniendo una memoria de escritura única de alta densidad y, en otro caso, fabricaron un dispositivo completamente funcional con una capacidad mucho menor.
En consecuencia, los esfuerzos de los ingenieros se dirigieron a resolver el problema de la densidad del diseño de los circuitos de borrado. Fueron coronados por el éxito: la invención del ingeniero de Toshiba Fujio Masuoka ( Jap. 舛岡富士雄) en 1984. El nombre "flash" también fue acuñado en Toshiba - Shoji Ariizumi , para quien el proceso de borrar el contenido de la memoria se parecía a una linterna ( ing. flash ). Masuoka presentó su diseño en 1984 en el IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) celebrado en San Francisco .
En 1988, Intel lanzó el primer chip flash NOR comercial.
El tipo de memoria flash NAND fue anunciado por Toshiba en 1989 en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido .
El componente principal de la memoria flash es el transistor de puerta flotante , que es un tipo de MOSFET . Su diferencia es que tiene una puerta adicional (flotante) ubicada entre la puerta de control y la capa p. La puerta flotante está aislada y la carga negativa almacenada permanecerá durante mucho tiempo.
Hay dispositivos en los que una celda unitaria almacena un bit de información o varios bits. En las celdas de un bit, solo se distinguen dos niveles de carga en la puerta flotante. Tales celdas se denominan de un solo nivel ( celda de un solo nivel, SLC ). En celdas multibit se distinguen más niveles de carga; se denominan multinivel ( multi-level cell, MLC [3] [4] ). Los dispositivos MLC son más baratos y de mayor capacidad que los dispositivos SLC, pero tienen un tiempo de acceso más alto y un número máximo de reescrituras aproximadamente un orden de magnitud más bajo [5] .
Por lo general, MLC se entiende como una memoria con 4 niveles de carga (2 bits) por celda. Más barato en términos de memoria con 8 niveles (3 bits) se llama TLC ( Triple Level Cell ) [3] [4] o MLC de 3 bits (como lo llama Samsung) [6] . También existen dispositivos con 16 niveles por celda (4 bits), QLC (celda de cuatro niveles ). En agosto de 2018, Samsung Electronics anunció el inicio de la producción en masa de SSD basados en memoria QLC V-NAND [7] .
Para 2016, la memoria multinivel dominará el mercado. Sin embargo, los productos SLC, a pesar de su capacidad muchas veces menor, continúan desarrollándose y fabricándose para aplicaciones especialmente críticas [8] .
Memoria de audioUn desarrollo natural de la idea de las células MLC fue la idea de escribir una señal analógica en la célula . El mayor uso de tales chips flash analógicos ha sido en la reproducción de fragmentos de sonido relativamente cortos en productos replicados baratos. Dichos microcircuitos se pueden usar en los juguetes más simples, tarjetas de sonido, contestadores automáticos, etc. [9]
La memoria flash difiere en el método de conectar celdas en una matriz.
El diseño NOR utiliza la clásica matriz bidimensional de conductores , en la que una celda se establece en la intersección de filas y columnas. En este caso, el conductor de la fila se conectó al drenaje del transistor y el conductor de la columna se conectó a la segunda puerta. La fuente estaba conectada a un sustrato común a todos.
El diseño de NAND es una matriz tridimensional. La base es la misma matriz que en NOR, pero en lugar de un transistor en cada intersección, se instala una columna de celdas conectadas en serie. En este diseño, se obtienen muchas cadenas de puertas en una intersección. La densidad de empaquetamiento se puede aumentar drásticamente (después de todo, solo un conductor de puerta se ajusta a una celda en una columna), pero el algoritmo para acceder a las celdas para leer y escribir se vuelve notablemente más complicado. Además, se instalan dos transistores MOS en cada línea: un transistor de control de línea de bit ( ing. transistor de selección de línea de bit ), ubicado entre una columna de celdas y una línea de bit, y un transistor de control de tierra ubicado frente a tierra ( ing. transistor de selección de tierra ).
La tecnología NOR le permite obtener un acceso rápido a cada celda individualmente, pero el área de la celda es grande. Por el contrario, las NAND tienen un área de celda pequeña, pero un acceso relativamente largo a un gran grupo de celdas a la vez. En consecuencia, el campo de aplicación difiere: NOR se usa tanto para la memoria directa de programas de microprocesador como para almacenar pequeños datos auxiliares.
Los nombres NOR y NAND provienen de la asociación del circuito para incluir celdas en una matriz con el circuito de chips lógicos CMOS : elementos NOR y NAND .
NAND se usa más comúnmente para unidades flash USB , tarjetas de memoria, SSD ; y NOR en sistemas embebidos .
Había otras opciones para combinar celdas en una matriz, pero no arraigaron.
Programación de memoria flash
Borrar memoria flash
Para la lectura, se aplica un voltaje positivo a la puerta de control. Si no hay carga en la puerta flotante, entonces el transistor comenzará a conducir corriente. De lo contrario, no fluye corriente entre la fuente y el drenaje. Para las células MLC, se deben realizar varias mediciones.
NIPara leer una determinada celda de memoria, es necesario aplicar un voltaje intermedio a su puerta de control (suficiente para la conducción del transistor solo si no hay carga en la puerta flotante). Las celdas restantes en la línea deben someterse a un voltaje mínimo para evitar la conducción de estas celdas. Si no hay carga en la celda que nos interesa, entonces habrá una corriente entre la línea de bits (línea de bits en inglés ) y tierra.
NANDEn esta disposición, también se aplica un voltaje intermedio a la puerta de control de una determinada celda. El resto de las puertas de control de la línea están energizadas para asegurarse de que conducen la corriente. Por lo tanto, surge una corriente entre la tierra y la línea si no hay carga en la celda que nos interesa.
Para el registro, las cargas deben ingresar a la puerta flotante, pero está aislada con una capa de óxido. El efecto túnel se puede utilizar para transportar cargas . Para la descarga, es necesario aplicar un gran voltaje positivo a la puerta de control: una carga negativa saldrá de la puerta flotante usando el efecto túnel. Por el contrario, se debe aplicar un gran voltaje negativo para cargar la puerta flotante.
Además, la grabación se puede implementar mediante la inyección de medios calientes . Cuando fluye una corriente entre la fuente y el drenaje de mayor voltaje, los electrones pueden superar la capa de óxido y permanecer en la puerta flotante. En este caso, es necesario que esté presente una carga positiva en la puerta de control, lo que crearía un potencial de inyección.
El MLC utiliza diferentes voltajes y tiempos para registrar diferentes valores [10] .
Cada escritura hace poco daño a la capa de óxido, por lo que el número de escrituras es limitado.
La escritura en el diseño NOR y NAND consta de dos etapas: primero, todos los transistores en la línea se configuran en 1 (sin carga), luego las celdas deseadas se configuran en 0.
NIEn la primera etapa, las celdas se limpian mediante el efecto túnel: se aplica un alto voltaje a todas las puertas de control. La inyección de portador caliente se utiliza para establecer una celda específica en 0. Se aplica un gran voltaje a la línea de descarga. La segunda condición importante para este efecto es la presencia de cargas positivas en la puerta de control. Se aplica un voltaje positivo solo a algunos transistores, se aplica un voltaje negativo al resto de los transistores, por lo que se escribe cero solo en las celdas que nos interesan.
NANDLa primera etapa en NAND es similar a NOR. Se utiliza un efecto de túnel para establecer una celda en cero, a diferencia de NOR. Se aplica un gran voltaje negativo a las puertas de control que nos interesan.
El circuito NAND demostró ser conveniente para construir un diseño vertical de un bloque de celdas en un chip [11] [12] [13] . Las capas conductoras y aislantes se depositan sobre el cristal en capas, que forman los conductores de puerta y las puertas mismas. Entonces, se forman una pluralidad de agujeros en estas capas a lo largo de toda la profundidad de las capas. La estructura de los transistores de efecto de campo se aplica a las paredes de los agujeros: aisladores y puertas flotantes. Por lo tanto, se forma una columna de FET anulares con puertas flotantes.
Tal estructura vertical resultó ser muy exitosa y proporcionó un avance cualitativo en la densidad de la memoria flash. Algunas empresas promocionan la tecnología bajo sus propias marcas, como V-NAND, BiCS. El número de capas aumenta con el desarrollo de la tecnología: por ejemplo, en 2016, el número de capas de una serie de productos llegó a 64 [14] , en 2018 se dominó la producción de memoria de 96 capas [15] , en 2019 Samsung anunció el desarrollo en serie de cristales de 136 capas [16] . En 2021, los fabricantes planearon cambiar a 256 capas y, para 2023, a 512, lo que permitirá colocar hasta 12 terabytes de datos en un chip flash [17] . A finales de julio de 2022, la empresa estadounidense Micron Technology fue la primera en el mundo en lanzar una memoria NAND de 232 capas (memoria TLC con seis planos con posibilidad de lectura independiente en cada plano) [18] , y una semana después , a principios de agosto de 2022, Hynix batió este récord con el lanzamiento de la memoria flash de 238 capas [19] [20] ..
Para ahorrar espacio, un chip de memoria flash puede empaquetar varias obleas de semiconductores (cristales), hasta 16 piezas [21] .
Las celdas de escritura y lectura difieren en el consumo de energía: los dispositivos de memoria flash consumen mucha corriente cuando escriben para generar altos voltajes, mientras que cuando leen, el consumo de energía es relativamente pequeño.
El cambio de carga está asociado con la acumulación de cambios irreversibles en la estructura y, por lo tanto, el número de entradas para una celda de memoria flash es limitado. La cantidad típica de ciclos de borrado y escritura oscila entre mil o menos y decenas y cientos de miles, según el tipo de memoria y el proceso de fabricación. El recurso garantizado es significativamente menor cuando se almacenan unos pocos bits por celda (MLC y TLC) y cuando se utilizan procesos técnicos de 30 nm y de clase superior.
Una de las razones de la degradación es la incapacidad de controlar individualmente la carga de la puerta flotante en cada celda. El hecho es que la escritura y el borrado se realizan en muchas celdas al mismo tiempo; esta es una propiedad integral de la tecnología de memoria flash. El registrador controla la suficiencia de la inyección de carga según la celda de referencia o el valor promedio. Gradualmente, la carga de las celdas individuales no coincide y en algún momento va más allá de los límites permitidos, lo que puede ser compensado por la inyección de la máquina de escribir y percibido por el lector. Está claro que el grado de identidad celular afecta al recurso. Una de las consecuencias de esto es que con la disminución de las normas topológicas de la tecnología de semiconductores, cada vez es más difícil crear elementos idénticos, por lo que el tema del recurso de registro se agudiza.
Otra razón es la difusión mutua de átomos, regiones aislantes y conductoras de la estructura del semiconductor, acelerada por el gradiente de campo eléctrico en la región de la bolsa y las averías eléctricas periódicas del aislador durante la escritura y el borrado. Esto conduce a un desdibujamiento de los límites y al deterioro de la calidad del aislante, así como a una disminución del tiempo de almacenamiento de la carga.
Inicialmente, en la década de 2000, para la memoria de 56 nm, dicho recurso de borrado era de hasta 10 mil veces para dispositivos MLC y hasta 100 mil veces para dispositivos SLC, sin embargo, con una disminución en los procesos técnicos , el número de borrados garantizados disminuyó . Para la memoria de 34 nm (principios de la década de 2010), el MLC habitual de 2 bits garantizaba alrededor de 3-5 mil, y SLC, hasta 50 mil [22] . En 2013, los modelos individuales garantizaron del orden de unos pocos miles de ciclos para MLC y menos de mil (varios cientos) para TLC antes de que comenzara la degradación [23] .
Tipo de memoria | Recurso | Ejemplos de solución |
---|---|---|
SLC NI | 100.000 .. 1.000.000 | Numonyx M58BW, Spansion S29CD016J |
MLC NOR | 100,000 | Flash Numonyx J3 |
NAND SLC | 100,000 | Samsung OneNAND KFW4G16Q2M |
NAND MLC | 1000 .. 10 000 | Samsung K9G8G08U0M |
NAND TLC | 1000 | Samsung SSD 840 |
NAND MLC 3D | 6000 .. 40 000 | Samsung SSD 850 PRO, Samsung SSD 845DC PRO |
NAND TLC 3D | 1000 .. 3000 | Samsung SSD 850 EVO, Samsung SSD 845DC EVO, Crucial MX300 |
Se están realizando investigaciones sobre una tecnología experimental para restaurar una celda de memoria flash calentando localmente el aislante de la puerta a 800 °C durante unos pocos milisegundos. [24]
El aislamiento del bolsillo no es ideal, la carga cambia gradualmente. La vida útil de la carga, declarada por la mayoría de los fabricantes de productos para el hogar, no supera los 10-20 años. , aunque la garantía de los medios se otorga por no más de 5 años. Al mismo tiempo, la memoria MLC tiene un tiempo más corto que SLC.
Las condiciones ambientales específicas, como las temperaturas elevadas o la exposición a la radiación (radiación gamma y partículas de alta energía), pueden acortar catastróficamente la vida útil de almacenamiento de los datos.
Con los chips NAND modernos, al leer, los datos pueden corromperse en las páginas adyacentes dentro de un bloque. Realizar un gran número (cientos de miles o más) de operaciones de lectura sin reescribir puede acelerar la aparición de un error [25] [26] .
Según Dell, la duración del almacenamiento de datos en un SSD sin alimentación depende en gran medida de la cantidad de ciclos de escritura anteriores (P/E) y del tipo de memoria flash, y en el peor de los casos puede ser de 3 a 6 meses [26]. ] [27] .
El borrado, la escritura y la lectura de la memoria flash siempre ocurren en bloques relativamente grandes de diferentes tamaños, mientras que el tamaño del bloque de borrado siempre es mayor que el bloque de escritura, y el tamaño del bloque de escritura no es menor que el tamaño del bloque de lectura. En realidad, esta es una característica distintiva de la memoria flash en relación con la memoria EEPROM clásica .
Como resultado, todos los chips de memoria flash tienen una estructura jerárquica pronunciada. La memoria se divide en bloques, los bloques consisten en sectores, sectores, de páginas. Dependiendo del propósito de un microcircuito en particular, la profundidad de la jerarquía y el tamaño de los elementos pueden variar.
Por ejemplo, un chip NAND puede tener un tamaño de bloque de borrado de cientos de kilobytes, un tamaño de página de escritura y lectura de 4 kilobytes. Para los microcircuitos NOR, el tamaño del bloque borrado varía de unos pocos a cientos de kilobytes, el tamaño del sector de escritura, hasta cientos de bytes, el tamaño de la página de lectura, de unas pocas a decenas de bytes.
El tiempo de borrado varía desde unidades hasta cientos de milisegundos dependiendo del tamaño del bloque borrado. El tiempo de grabación es de decenas a cientos de microsegundos.
Normalmente, el tiempo de lectura de los microcircuitos NOR se normaliza a decenas de nanosegundos. Para los chips NAND, el tiempo de lectura es de decenas de microsegundos.
Debido a su estructura altamente regular y la alta demanda de grandes volúmenes, el proceso de fabricación de flash NAND disminuye más rápidamente que el de DRAM menos regular y lógica casi irregular (ASIC). La alta competencia entre varios fabricantes líderes solo acelera este proceso [28] . En la variante de la ley de Moore para circuitos lógicos, la cantidad de transistores por unidad de área se duplica en tres años, mientras que la memoria flash NAND mostró una duplicación en dos años. En 2012, la tecnología de proceso de 19 nm fue dominada por una empresa conjunta entre Toshiba y SanDisk [29] . En noviembre de 2012 [30], Samsung también comenzó la producción en la tecnología de proceso de 19 nm (usando activamente la frase "clase de 10 nm" en los materiales de marketing, que denota algún proceso del rango de 10-19 nm) [31] [32] [33] [ 34] .
ITRS o empresa | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Hoja de ruta flash de ITRS 2011 [29] | 32 nm | 22 nm | 20nm | 18nm | 16nm | ||||
Hoja de ruta flash de ITRS 2013 [35] [36] | 17 nm | 15nm | 14nm | ||||||
Samsung [29] [36] Samsung 3D NAND (CTF) [36] |
35-32 nm | 27nm | 21nm (MLC, TLC) | 19 nm | 19-16nm V-NAND (24L) |
12nm V-NAND (32L) |
16-10 nm | 12-10 nm | 12-10 nm |
Micrón, Intel [29] [36] | 34-25 nm | 25nm | 20nm (MLC+HKMG) | 20nm (TLC) | 16nm | NAND 3D de 16 nm |
16nm 3D-NAND Gen2 |
NAND 3D de 12 nm |
NAND 3D de 12 nm |
Toshiba, Sandisk [29] [36] | 43-32 nm | 24 nm | 19nm (MLC, TLC) | A-19 nm | 15nm | BiCS 3D NAND de 15 nm |
BiCS 3D NAND de 15 nm |
NAND 3D de 12 nm |
NAND 3D de 12 nm |
SK Hynix [29] [36] | 46-35nm | 26nm | 20nm (MLC) | 20nm | 16nm | 16 nm 3D V1 |
16nm | 12 nm | 12 nm |
La reducción en el proceso técnico hizo posible aumentar rápidamente el volumen de chips de memoria flash NAND. En 2000, la memoria flash con tecnología de 180 nm tenía un volumen de datos de 512 Mbit por chip, en 2005, 2 Gbit a 90 nm. Luego hubo una transición a MLC, y en 2008 los chips tenían un volumen de 8 Gbit (65 nm) [37] . En 2010, alrededor del 25-35 % de los chips tenían un tamaño de 16 Gb, el 55 % eran de 32 Gb [38] . En 2012-2014, los chips de 64 Gbit se utilizaron ampliamente en nuevos productos y comenzó la introducción de módulos de 128 Gbit (10 % a principios de 2014) fabricados con procesos de fabricación de 24-19 nm [37] [38] .
A medida que el proceso de fabricación disminuye y se acerca a los límites físicos de las tecnologías de fabricación actuales , en particular la fotolitografía , se puede lograr un mayor aumento en la densidad de datos pasando a más bits por celda (por ejemplo, pasando de MLC de 2 bits a TLC de 3 bits). ), reemplazando las tecnologías de celdas FG por tecnología CTF o cambiando a una disposición tridimensional de celdas en una placa (3D NAND, V-NAND; sin embargo, esto aumenta el paso del proceso). Por ejemplo, aproximadamente en 2011-2012, todos los fabricantes introdujeron espacios de aire entre las líneas de control, lo que hizo posible continuar escalando más allá de 24-26 nm [39] [40] , y en 2013-2014, Samsung comenzó la producción en masa de 24 - y 3D NAND [41] de 32 capas basadas en tecnología CTF [42] , incluida la versión con celdas de 3 bits (TLC) [43] . La disminución de la resistencia al desgaste (recurso de borrado), que se manifiesta con una disminución en el proceso técnico, así como un aumento en la tasa de errores de bits, requirió el uso de mecanismos de corrección de errores más complejos y una reducción en los volúmenes de grabación garantizados y períodos de garantía [44] . Sin embargo, a pesar de las medidas tomadas, es probable que la posibilidad de escalar aún más la memoria NAND no se justifique económicamente [45] [46] o sea físicamente imposible. Se están explorando muchos posibles reemplazos para la tecnología de memoria flash, como FeRAM , MRAM , PMC, PCM , ReRAM , etc. [47] [48] [49]
El deseo de alcanzar los límites de capacitancia para los dispositivos NAND ha llevado a la "estandarización del matrimonio": el derecho a producir y vender microcircuitos con un cierto porcentaje de celdas defectuosas y sin garantía de que no aparecerán nuevos "bloques defectuosos" durante la operación. Para minimizar la pérdida de datos, cada página de memoria cuenta con un pequeño bloque adicional en el que se escribe una suma de verificación , información para recuperarse de errores de un solo bit, información sobre elementos defectuosos en esta página y el número de escrituras en esta página.
La complejidad de los algoritmos de lectura y la admisibilidad de un cierto número de celdas defectuosas obligaron a los desarrolladores a equipar chips de memoria NAND con una interfaz de comando específica. Esto significa que primero debe emitir un comando especial para transferir la página de memoria especificada a un búfer especial dentro del chip, esperar a que se complete esta operación, leer el búfer, verificar la integridad de los datos y, si es necesario, intentar restaurarlos. .
El punto débil de la memoria flash es el número de ciclos de reescritura en una página. La situación también empeora por el hecho de que los sistemas de archivos estándar, es decir, los sistemas de gestión de archivos estándar para sistemas de archivos de uso generalizado, a menudo escriben datos en el mismo lugar. El directorio raíz del sistema de archivos se actualiza con frecuencia, por lo que los primeros sectores de memoria se agotarán mucho antes. La distribución de la carga extenderá significativamente la vida de la memoria [50] .
Para simplificar el uso de chips de memoria flash NAND, se utilizan junto con chips especiales: controladores NAND. Estos controladores deben realizar todo el trabajo duro de dar servicio a la memoria NAND: convertir interfaces y protocolos, abordar la virtualización (para evitar las celdas defectuosas), verificar y restaurar datos al leer, cuidar los diferentes tamaños de bloques de borrado y escritura ( amplificación de escritura).), cuidando la actualización periódica de los bloques registrados, distribución uniforme de la carga en los sectores durante el registro ( Nivelación de desgaste).
Sin embargo, la tarea de distribuir uniformemente el desgaste no es necesaria, por lo que los controladores más simples se pueden instalar en los productos más baratos por razones de economía. Tales tarjetas de memoria flash y llaveros USB fallarán rápidamente si se sobrescriben con frecuencia. Si necesita escribir datos en unidades flash con mucha frecuencia, es preferible utilizar productos caros con una memoria más duradera (MLC en lugar de TLC, SLC en lugar de MLC) y controladores de alta calidad.
Los costosos controladores NAND también pueden encargarse de "acelerar" los chips de memoria flash mediante la distribución de los datos de un archivo en varios chips. El tiempo de escritura y lectura de un archivo se reduce considerablemente.
A menudo, en las aplicaciones integradas, la memoria flash se puede conectar directamente al dispositivo, sin un controlador. En este caso, las tareas del controlador deben ser realizadas por el controlador NAND del software en el sistema operativo. Para no realizar un trabajo redundante en la distribución uniforme de registros a través de las páginas, intentan usar dichos medios con sistemas de archivos especiales : JFFS2 [51] y YAFFS [52] para Linux , etc.
Hay dos usos principales para la memoria flash: como medio de almacenamiento para computadoras y dispositivos electrónicos , y como almacenamiento para software (" firmware ") de dispositivos digitales. A menudo, estas dos aplicaciones se combinan en un solo dispositivo.
Cuando se almacena en la memoria flash, es posible actualizar fácilmente el firmware de los dispositivos durante el funcionamiento.
NOR flash es más aplicable en dispositivos con memoria no volátil relativamente pequeña que requieren un acceso rápido a direcciones aleatorias y con la garantía de que no hay elementos malos:
Donde se requieren cantidades récord de memoria, NAND flash está fuera de competencia. Los chips NAND mostraron un aumento constante en los volúmenes, y para 2012 NAND tuvo volúmenes récord por microensamblaje de 8 chips de 128 GB (es decir, el volumen de cada chip es de 16 GB o 128 Gbit) [53] .
En primer lugar, la memoria flash NAND se utiliza en todo tipo de soportes de datos móviles y dispositivos que requieren grandes cantidades de almacenamiento para funcionar. Básicamente, se trata de llaveros USB y tarjetas de memoria de todo tipo, así como dispositivos móviles como teléfonos, cámaras, reproductores multimedia.
La memoria flash NAND ha permitido miniaturizar y reducir el costo de las plataformas informáticas basadas en sistemas operativos estándar con software avanzado. Comenzaron a integrarse en muchos electrodomésticos: teléfonos celulares y televisores, enrutadores de red y puntos de acceso, reproductores multimedia y consolas de juegos, marcos de fotos y navegadores.
La alta velocidad de lectura hace que la memoria NAND sea atractiva para el almacenamiento en caché del disco duro. Al mismo tiempo, el sistema operativo almacena datos de uso frecuente en un dispositivo de estado sólido relativamente pequeño y escribe datos de propósito general en una unidad de disco grande [54] . También es posible combinar un búfer flash de 4-8 GB y un disco magnético en un solo dispositivo, un disco duro híbrido (SSHD, unidad híbrida de estado sólido).
Debido a su alta velocidad, volumen y tamaño compacto, la memoria NAND está reemplazando activamente a otros tipos de medios de circulación. Primero, los disquetes y las unidades de disquetes [ 55] desaparecieron, y la popularidad de las unidades de cinta magnética disminuyó . Los medios magnéticos se han eliminado casi por completo de las aplicaciones móviles y de medios.
Estandarización Interfaces de bajo nivelLa interfaz flash NAND abierta (ONFI) se dedica a la estandarización de paquetes, interfaces, sistemas de comando y problemas de identificación de chips de memoria flash NAND . El primer estándar fue la especificación ONFI versión 1.0 [56] lanzada el 28 de diciembre de 2006, seguida de ONFI V2.0, V2.1, V2.2, V2.3, V3.0 (2011) [57] . El grupo ONFI cuenta con el apoyo de Intel , Micron Technology , Hynix , Numonyx [58] .
Samsung y Toshiba están desarrollando su propia alternativa a ONFI, el estándar DDR de modo de alternancia. La primera revisión se publicó en 2009, la segunda en 2010 [57] .
Interfaces de alto nivelAdemás de la estandarización de los chips de memoria directamente, existe una formalización específica del acceso a la memoria a largo plazo desde las interfaces digitales comunes. Por ejemplo, el grupo de interfaz de controlador de host de memoria no volátil está trabajando para estandarizar la creación de unidades de estado sólido para la interfaz PCI Express .
Las soluciones integradas de memoria y controlador en forma de microcircuitos se destacan, por ejemplo, la memoria eMMC integrada se usa ampliamente , utilizando una interfaz eléctrica similar a MMC , pero hecha en forma de microcircuito [59] . Esta interfaz está siendo desarrollada por JEDEC .
Principales fabricantes de memoria flash NAND: Micron/Intel, SK Hynix, Toshiba/SanDisk, Samsung. Para 2014, alrededor del 35-37 % del mercado está ocupado por Toshiba/SanDisk y Samsung. El 17% de las entregas las realiza Micron/Intel, otro 10% Hynix. El tamaño total del mercado NAND se estima en alrededor de 20-25 mil millones de dólares estadounidenses, se producen de 40 a 60 mil millones de gigabytes por año, una cuarta parte de los cuales son memorias eMMC integradas. En 2013, la memoria se fabricó principalmente de acuerdo con procesos técnicos en el rango de 20-30 nm, en 2014 la memoria de 19 nm estaba ganando popularidad. Menos del 2% del mercado estaba ocupado por la memoria 3D-NAND de Samsung, otros fabricantes planeaban producir 3D NAND a partir de mediados de 2015 [38] .
Solo menos del 5 % de la memoria NAND enviada en 2012-2014 tenía celdas de un solo bit (SLC), el 75 % era memoria de dos bits (MLC) y el 15-25 % era memoria de tres bits (TLC, principalmente Samsung y Toshiba/SanDisk, a mediados de 2014-2015 también otros) [38] .
Principales fabricantes de controladores de memoria flash NAND: Marvell, LSI-SandForce, también fabricantes de memoria NAND. Los controladores para eMMC (eMCP) son fabricados por: Samsung, SanDisk, SK Hynix, Toshiba, Micron, Phison, SMI, Skymedi [38] .
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