Grundlagen der Flash-Technik Teil 1

So funktionieren die blitzschnellen Speicher

03.02.2009 | Autor / Redakteur: Hermann Strass / Nico Litzel

Aufbau einer Flash-Zelle (Quelle: Wikipedia, Urheber Appaloosa)
Aufbau einer Flash-Zelle (Quelle: Wikipedia, Urheber Appaloosa)

Erst danach können neue Daten sowie der unveränderte Teil der alten Daten neu in diesen Block eingeschrieben werden. Daher sind bei Flash-Speichern Schreiboperationen immer deutlich langsamer als Leseoperationen.

Vor noch nicht allzu langer Zeit wurden 30.000 Elektronen oder mehr für ein geladenes Floating Gate benötigt, weniger als 5.000 Elektronen in einem ungeladenen. Bei einer Strukturgröße von etwa 50 Nanometern werden heute etwa 1.000 Elektronen zur Speicherung eines Bits eingesetzt. Theoretisch kann auch ein Elektron ein Bit speichern.

Flash-Varianten

Derzeit gibt es zwei verschiedene Flash-Techniken: NOR und NAND. NOR wird bisher meist in handlichen Geräten für den Alltagsbetrieb eingesetzt. NAND wird in großen Datenspeichern in kommerziellen Systemen genutzt, weil damit kompaktere, schnellere und preiswertere Speichersysteme gebaut werden können.

Im NOR-Speicher sind die Speicherzellen parallel auslesbar, daher sind solche Speicher bei einem überwiegenden Lesebetrieb (Programmausführung) besonders schnell und somit als Programm- oder Codespeicher sehr gut geeignet. NAND-Speicherzellen können dichter gepackt werden. Dabei sind aber viele Speicherzellen in Reihe geschaltet. Daher ist der wahlfreie Lesezugriff etwas langsamer. Löschen und Schreiben gehen bei NAND-Speichern schneller, wenn blockweise gearbeitet wird.

Bei gleicher Halbleiter-Prozesstechnik können NAND-Speicherzellen etwa zweimal so dicht gepackt werden wie NOR-Zellen. Die technischen Prozesseigenschaften sorgen allerdings für deutlich abweichende Verhältnisse. So waren beispielsweise vor einiger Zeit NOR-Chips mit 256 Megabit und NAND-Chips mit 4 Gigabit Kapazität gleichzeitig am Markt verfügbar.

Bei Geräten mit gemischtem Bedarf werden beide Flash-Techniken eingesetzt. Ein Mobiltelefon mit Kamerafunktion benötigt einen schnellen Lesespeicher zur Programmausführung und eine hohe Kapazität zur Speicherung der Bild-Dateien. Es gibt auch andere Kombinationen mit (low power) DRAM oder PSRAM (Pseudo Static RAM). Bei kleinen Geräten werden auch oft Einheiten aus mehreren Chips eingesetzt. Dabei werden NAND-Flash, NOR-Flash und andere Halbleiterelemente in ein gemeinsames Gehäuse (MCP = Multi-Chip Package) integriert. Damit werden Platz und Kosten gespart.

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