¿Qué es la memoria flash? Gestión de bloques defectuosos. Formas de utilizar el área de reserva de página

La necesidad de memoria flash no volátil crece en proporción al avance de los sistemas informáticos en el campo de las aplicaciones móviles. La confiabilidad, el bajo consumo de energía, el tamaño pequeño y el peso reducido son ventajas obvias de los medios basados ​​en memoria flash en comparación con las unidades de disco. Dada la constante disminución del coste de almacenar una unidad de información en la memoria flash, los medios basados ​​en ella aportan cada vez más ventajas y funcionalidades a las plataformas móviles y equipos portátiles que utilizan dicha memoria. Entre la variedad de tipos de memoria, la memoria flash basada en celdas NAND es la base más adecuada para construir dispositivos de almacenamiento no volátiles para grandes cantidades de información.

Actualmente, existen dos estructuras principales para construir memoria flash: memoria basada en celdas NOR y NAND. La estructura NOR (Fig. 1) consta de celdas de almacenamiento de información elemental conectadas en paralelo. Esta organización de células brinda la posibilidad de acceso aleatorio a los datos y registro de información byte a byte. La estructura NAND (Fig. 2) se basa en el principio de conexión secuencial de celdas elementales que forman grupos (16 celdas en un grupo), que se combinan en páginas y páginas en bloques. Con esta construcción de una matriz de memoria, es imposible acceder a celdas individuales. La programación se realiza simultáneamente solo dentro de una página y al borrar se accede a bloques o grupos de bloques.

Fig.1 Estructura NOR	Fig.2 Estructura NAND

Como resultado, las diferencias en la organización estructural entre las memorias NOR y NAND se reflejan en sus características. Cuando se trabaja con cantidades relativamente grandes de datos, los procesos de escritura/borrado en la memoria NAND se realizan mucho más rápido que en la memoria NOR. Dado que 16 celdas de memoria NAND adyacentes están conectadas en serie entre sí sin espacios de contacto, se logra una gran área de celdas en el chip, lo que permite una alta capacidad con los mismos estándares tecnológicos. El núcleo de la programación de la memoria flash NAND es el proceso de tunelización de electrones. Y como se utiliza tanto para programar como para borrar, se consigue un bajo consumo de energía del chip de memoria. La estructura de celdas secuenciales permite un alto grado de escalabilidad, lo que convierte a la memoria flash NAND en líder en la carrera por aumentar la capacidad de memoria. Debido a que el túnel de electrones se produce en toda el área del canal de la celda, la memoria flash NAND tiene una tasa de captura de carga por unidad de área más baja que otras tecnologías de memoria flash, lo que resulta en una mayor cantidad de ciclos de programación/borrado. La programación y la lectura se realizan sector por sector o página por página, en bloques de 512 bytes, para emular el tamaño de sector común de las unidades de disco.

Las principales diferencias en los parámetros de la memoria flash fabricada con diversas tecnologías se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Características comparativas de los módulos de memoria basados ​​en celdas NAND y NOR

El líder líder en la producción de chips flash NAND es Hynix. Produce varios tipos de chips de memoria, que se diferencian en los siguientes parámetros clave:

• capacidad (256 Mbit, 512 Mbit y 1 Gbit);
• ancho de bus, 8 o 16 bits (x8, x16);
• tensión de alimentación: de 2,7 a 3,6 V (dispositivo de 3,3 V) o de 1,7 a 1,95 V (dispositivo de 1,8 V);
• tamaño de página: en dispositivos x8 (512 + 16 de repuesto) bytes, en 16x – (256 + 8 de repuesto) palabras;
• tamaño de bloque: en dispositivos x8 (16K + 512 de repuesto) bytes, en 16x – (8K + 256 de repuesto) palabras;
• tiempo de acceso: acceso aleatorio 12 μS, secuencial 50 nS;
• tiempo de programación de página 200 µS;

Todos los chips flash NAND de Hynix tienen un tiempo de borrado de bloque típico de 2 mS, tienen protección de datos basada en hardware durante transitorios de energía y pueden realizar 100.000 ciclos de escritura/borrado. El tiempo de conservación de datos garantizado es de 10 años. Una característica importante de los chips de memoria Hynix es su compatibilidad pin a pin independientemente de la capacidad. Esto hace que sea muy fácil mejorar las características de consumo del producto final. La Tabla 2 muestra los parámetros básicos de todos los chips flash Hynix NAND.

Tabla 2. Lista comparativa de chips flash NAND de Hynix

* - Rangos de temperatura
do- Rango de temperatura de funcionamiento comercial 0...+70°C
mi- Rango de temperatura de funcionamiento ampliado -25...+85°C
I- Rango de temperatura de funcionamiento industrial -40...+85°C

Las características de los chips de memoria Hynix se pueden examinar con más detalle utilizando el ejemplo de los cristales de la serie HY27xx(08/16)1G1M. La Figura 3 muestra la estructura interna y el propósito de los terminales de estos dispositivos. Las líneas de dirección se multiplexan con las líneas de E/S de datos en un bus de E/S de 8 o 16 bits. Esta interfaz reduce la cantidad de pines utilizados y permite pasar a chips de mayor capacidad sin cambiar la placa de circuito impreso. Cada bloque se puede programar y borrar 100.000 veces. Para extender el ciclo de vida de los dispositivos flash NAND, se recomienda encarecidamente utilizar un código de corrección de errores (ECC). Los chips tienen una salida de lectura/ocupado de drenaje abierto que se puede utilizar para identificar la actividad del controlador PER (Programación/Borrado/Lectura). Dado que la salida es de drenaje abierto, es posible conectar varias de estas salidas de diferentes chips de memoria juntas a través de una resistencia pull-up al terminal positivo de la fuente de alimentación.

Fig.3 Organización interna de los chips flash Hynix NAND

Para un trabajo óptimo con bloques defectuosos, está disponible el comando "Copiar atrás". Si falla la programación de una página, los datos de ese comando se pueden escribir en otra página sin tener que reenviarla.

Los chips de memoria Hynix están disponibles en los siguientes paquetes:

• 48-TSOP1 (12x20x1,2 mm) – Figura 4;
• 48-WSOP1 (12x12x0,7 mm)
• 63-FBGA (8,5x15x1,2 mm, conjunto de contactos de bolas de 6x8, paso de 0,8 mm)

Fig.4 Flash Hynix NAND

La matriz de memoria NAND está organizada en bloques, cada uno de los cuales contiene 32 páginas. La matriz se divide en dos áreas: principal y de repuesto (Fig. 5). El área principal de la matriz se usa para almacenar datos, mientras que el área de repuesto generalmente se usa para almacenar códigos de corrección de errores (ECC), indicadores de programas e ID de bloques incorrectos del área principal. En dispositivos x8, las páginas del área principal se dividen en dos medias páginas de 256 bytes cada una, más 16 bytes del área libre. En dispositivos x16, las páginas se dividen en un área principal de 256 palabras y un área libre de 8 palabras.

Fig.5 Organización de la matriz de memoria NAND

Los dispositivos flash NAND con páginas de 528 bytes/264 palabras pueden contener bloques defectuosos, que pueden contener una o más celdas muertas cuya confiabilidad no se garantiza. Además, pueden aparecer bloques adicionales inutilizables durante el funcionamiento del producto. La información sobre los bloques defectuosos se escribe en el cristal antes de enviarla. El trabajo con dichos bloques se realiza de acuerdo con el procedimiento descrito en detalle en el manual de referencia de los chips de memoria Hynix.

Cuando se trabaja con chips de memoria, se realizan tres acciones principales: leer (Fig. 6), escribir (Fig. 7) y borrar (Fig. 8).

Procedimiento de lectura de datos

Fig.6 Diagrama del procedimiento de lectura

Los procedimientos para leer datos de la memoria NAND pueden ser de tres tipos: lectura aleatoria, lectura de páginas y lectura de filas secuenciales. Con la lectura aleatoria, se necesita un comando separado para obtener un dato.

La página se lee después de un acceso de lectura aleatorio, que transfiere el contenido de la página al búfer de página. La finalización de la transferencia se indica mediante un nivel alto en la salida Lectura/Ocupado. Los datos se pueden leer secuencialmente (desde la dirección de la columna seleccionada hasta la última columna) mediante un pulso de señal en Read Enable (RE).

El modo de lectura de línea secuencial está activo si la entrada Chip Enable (CE) permanece baja y la entrada Read Enable pulsa después de que se haya leído la última columna de la página. En este caso, la página siguiente se carga automáticamente en el búfer de páginas y la operación de lectura continúa. La operación de lectura de línea secuencial solo se puede utilizar dentro de un bloque. Si se modifica un bloque, se debe emitir un nuevo comando de lectura.

Procedimiento de registro de datos

Fig.7 Diagrama del procedimiento de grabación.

El procedimiento estándar para registrar datos es el registro de páginas. El área principal de la matriz de memoria se programa en páginas, pero es posible programar parte de una página con el número requerido de bytes (de 1 a 528) o palabras (de 1 a 264). El número máximo de registros consecutivos de partes de una misma página no es más de uno en el área principal y no más de dos en el área de respaldo. Una vez superados estos valores, se debe ejecutar el comando de borrado de bloque antes de cualquier programación posterior de esa página. Cada operación de programación consta de cinco pasos:

1. Se requiere un ciclo de bus para configurar el comando de escritura de página.
2. Se necesitan cuatro ciclos de autobús para transferir una dirección.
3. Enviar datos al bus (hasta 528 bytes / 264 palabras) y cargarlos en el búfer de página.
4. Se requiere un ciclo de bus para emitir un comando de confirmación para iniciar el controlador PER.
5. El controlador PER escribe datos en la matriz.

Procedimiento de borrado de bloque

Fig.8 Diagrama del procedimiento de borrado

La operación de borrado se realiza en un bloque a la vez. Como resultado de su operación, todos los bits del bloque especificado se establecen en "1". Todos los datos anteriores se pierden. La operación de borrado consta de tres pasos (Fig. 8):

1. Se requiere un ciclo de bus para configurar el comando de borrado de bloque.
2. Sólo se necesitan tres ciclos de bus para configurar la dirección del bloque. El primer bucle (A0-A7) no es necesario ya que sólo las direcciones A14 a A26 (direcciones más altas) son válidas; A9-A13 se ignoran.
3. Se requiere un ciclo de bus para emitir un comando de confirmación para iniciar el controlador PER.

Además de Hynix, los chips de memoria NAND son producidos por otros fabricantes, entre los cuales Samsung tiene una gama de productos y un volumen de ventas muy amplio. Produce dos líneas principales de chips de memoria NAND Flash y One NAND™. La familia de módulos de memoria One NAND™ son memorias de un solo chip con una interfaz flash NOR estándar basada en una matriz de celdas flash NAND.

La gama de productos fabricados por Samsung es más amplia que la de Hynix. Se presentan módulos con capacidades desde 4 Mbit hasta 8 Gbit, operando en rangos de temperatura comercial e industrial. Están disponibles modificaciones de 8 y 16 bits para diferentes rangos de voltaje de suministro: 1,65...1,95 V o 2,7...3,6 V. Los productos Samsung tienen capacidades avanzadas de protección de datos de hardware: protección contra escritura para BootRAM, modo de protección para la matriz Flash y protección contra escritura accidental cuando se enciende y apaga.

Por lo demás, el diseño de los chips de memoria Hynix y los productos de la familia Samsung NAND Flash es casi idéntico. En esta situación, la opción preferida del consumidor es el producto del fabricante cuyo precio de mercado sea más aceptable.

El alto rendimiento al leer flujos de datos en serie determina la amplia gama de aplicabilidad de la memoria flash NAND. Un mercado muy popular y prometedor para este tipo de memoria es el mercado de unidades de estado sólido para bus USB. La Tabla 3 muestra las capacidades de los chips flash NAND producidos actualmente en esta área. Además, el uso más rentable de dicha memoria es en reproductores MP3, cámaras digitales, ordenadores portátiles y otros equipos similares.

Tabla 3. Ventajas y desventajas de usar flash NAND en unidades de estado sólido

Hay dos tipos principales de memoria Flash: NOR y NAND. Cada uno de ellos tiene sus propias ventajas y desventajas, que determinan las áreas de uso de cada tecnología. Sus principales características se presentan en la tabla.

Memoria flash NOR

La memoria NOR, que lleva el nombre del marcado de datos especial (Not OR - lógico Not-OR), es una memoria Flash de alta velocidad. La memoria NOR proporciona acceso aleatorio de alta velocidad a la información y tiene la capacidad de escribir y leer datos en una ubicación específica sin tener que acceder a la memoria de forma secuencial. A diferencia de la memoria NAND, la memoria NOR puede acceder a datos de hasta un byte de tamaño. La tecnología NOR se beneficia de situaciones en las que los datos se escriben o leen aleatoriamente. Por lo tanto, NOR suele estar integrado en teléfonos móviles (para almacenar el sistema operativo) y tabletas, y también se utiliza en ordenadores para almacenar BIOS.

Memoria Flash NAND

La memoria NAND se inventó después de NOR y también lleva el nombre del marcado de datos especial (Not AND). La memoria NAND escribe y lee datos a alta velocidad, en modo de lectura secuencial, organizando los datos en pequeños bloques (páginas). La memoria NAND puede leer y escribir información página por página, pero no puede acceder a un byte específico como NOR. Por lo tanto, NAND se usa comúnmente en unidades de estado sólido (SSD), reproductores de audio y video, decodificadores, cámaras digitales, teléfonos móviles (para almacenar información del usuario) y otros dispositivos en los que los datos generalmente se escriben de forma secuencial.

Por ejemplo, la mayoría de las cámaras digitales utilizan tecnología NAND porque las imágenes se capturan y graban de forma secuencial. La tecnología NAND también es más eficiente a la hora de leer, ya que puede transferir páginas enteras de datos muy rápidamente. Como memoria serie, NAND es ideal para almacenar datos. Precio por

El rendimiento y la vida útil de una SSD dependen principalmente de la memoria flash NAND y del firmware del controlador. Son los componentes principales del precio de un disco y es lógico prestarles atención a la hora de comprarlo. Hoy hablaremos de NAND.

Si lo desea, puede encontrar las complejidades del proceso tecnológico de producción de memoria flash en sitios especializados en revisiones de SSD. Mi artículo está dirigido a una gama más amplia de lectores y tiene dos objetivos:

1. Levante el velo sobre las vagas especificaciones publicadas en los sitios web de los fabricantes y tiendas de SSD.
2. Resuelve dudas que puedas tener al estudiar las características técnicas de la memoria de diferentes unidades y leer reseñas escritas para expertos en hardware.

Para empezar, ilustraré el problema con imágenes.

¿Qué indican las especificaciones del SSD?

Las especificaciones técnicas de NAND publicadas en los sitios web oficiales de los fabricantes y en las tiendas online no siempre contienen información detallada. Además, la terminología varía mucho y he recopilado datos sobre cinco unidades diferentes.

¿Esta imagen significa algo para ti?

Bien, digamos que Yandex.Market no es la fuente de información más confiable. Vayamos a los sitios web de los fabricantes: ¿se ha vuelto más fácil?

¿Quizás quedará más claro de esta manera?

¿Y si es así?

¿O es mejor así?

Mientras tanto, ¡todas estas unidades tienen la misma memoria instalada! Es difícil de creer, especialmente mirando las dos últimas imágenes, ¿no? Después de leer la entrada hasta el final, no sólo se convencerá de ello, sino que también leerá características como un libro abierto.

Fabricantes de memorias NAND

Hay muchos menos fabricantes de memorias flash que empresas que venden SSD con sus propias marcas. La mayoría de las unidades ahora tienen memoria de:

• Intel/micras
• hynix
• Samsung
• Toshiba/SanDisk

No es coincidencia que Intel y Micron compartan el mismo lugar en la lista. Producen NAND utilizando las mismas tecnologías en el marco de la empresa conjunta IMFT.

En la planta líder del estado estadounidense de Utah, se produce la misma memoria bajo las marcas de estas dos empresas en proporciones casi iguales. Desde la línea de montaje de la planta de Singapur, ahora controlada por Micron, la memoria también podría pasar a tener la marca de su filial SpecTek.

Todos los fabricantes de SSD compran NAND de las empresas mencionadas anteriormente, por lo que diferentes unidades pueden tener prácticamente la misma memoria, incluso si su marca es diferente.

Parecería que en esta situación con la memoria todo debería ser sencillo. Sin embargo, existen varios tipos de NAND, que a su vez se dividen según diferentes parámetros, generando confusión.

Tipos de memoria NAND: SLC, MLC y TLC

Se trata de tres tipos diferentes de NAND, siendo la principal diferencia tecnológica entre ellos el número de bits almacenados en la celda de memoria.

SLC es la más antigua de las tres tecnologías y es poco probable que encuentre un SSD moderno con ese tipo de NAND. La mayoría de las unidades ahora tienen MLC integrado y TLC es una palabra nueva en el mercado de memoria para unidades de estado sólido.

En general, TLC se ha utilizado durante mucho tiempo en unidades flash USB, donde la resistencia de la memoria no es de importancia práctica. Los nuevos procesos tecnológicos permiten reducir el coste por gigabyte de TLC NAND para SSD, proporcionando un rendimiento y una vida útil aceptables, lo cual es lógico para todos los fabricantes.

Es interesante que, si bien el público en general está preocupado por el número limitado de ciclos de escritura de los SSD, a medida que se desarrollan las tecnologías NAND, ¡este parámetro solo está disminuyendo!

Cómo determinar un tipo de memoria específico en un SSD

Independientemente de si has comprado un SSD o simplemente estás planeando una compra, después de leer esta publicación es posible que tengas una pregunta en el subtítulo.

Ningún programa muestra el tipo de memoria. Esta información se puede encontrar en las revisiones de unidades, pero existe un atajo, especialmente cuando es necesario comparar varios candidatos para la compra.

En sitios especializados puede encontrar bases de datos en SSD, y aquí hay un ejemplo.

No tuve problemas para encontrar allí las características de memoria de mis discos, a excepción del SanDisk P4 (mSATA) instalado en la tableta.

¿Qué SSD tienen la mejor memoria?

Primero repasemos los puntos principales del artículo:

• Los fabricantes de NAND se pueden contar con los dedos de una mano
• Las unidades de estado sólido modernas utilizan dos tipos de NAND: MLC y TLC, que sólo está ganando impulso
• MLC NAND se diferencia en las interfaces: ONFi (Intel, Micron) y Toggle Mode (Samsung, Toshiba)
• ONFi MLC NAND se divide en asíncrono (más barato y más lento) y síncrono (más caro y más rápido)
• Los fabricantes de SSD utilizan memoria de diferentes interfaces y tipos, creando una amplia gama de modelos que se adaptan a cualquier presupuesto.
• Las especificaciones oficiales rara vez contienen información específica, pero las bases de datos SSD le permiten determinar con precisión el tipo de NAND

Por supuesto, en un zoológico así no puede haber una respuesta clara a la pregunta planteada en el subtítulo. Independientemente de la marca del disco, NAND cumple con las especificaciones indicadas; de lo contrario, no tiene sentido que los fabricantes OEM lo compren (ellos dan su propia garantía para los SSD).

Sin embargo... ¡imagina que el verano te complació con una cosecha de fresas sin precedentes en la casa de campo!

Es todo jugoso y dulce, pero simplemente no puedes comer tanto, así que decidiste vender algunas de las bayas que recolectaste.

¿Te quedarás con las mejores fresas o las pondrás a la venta? :)

Se puede suponer que los fabricantes de NAND instalan la mejor memoria en sus unidades. Dado el número limitado de empresas que producen NAND, la lista de fabricantes de SSD es aún más corta:

• Crucial (una división de Micron)
• Intel
• Samsung

Una vez más, esto es sólo una suposición y no está respaldada por hechos concretos. Pero, ¿habrías actuado de manera diferente si fueras estas empresas?

¡Hola a todos! Precisamente el otro día conocí a mi viejo amigo. Nos pusimos a hablar y él, con las palabras “¡Mira el teléfono con el que ando ahora!”, mostró su viejo teléfono Nokia con pulsador. Resultó que el firmware de su iPhone fallaba constantemente: tuvo que llevar el teléfono inteligente a un centro de servicio. Parecería algo común...

Sin embargo, la lista de trabajos que realizará el servicio resultó inusual para mi amigo. Diagnóstico completo, actualizaciones de software (si es necesario) y otras "cosas ordinarias": aquí todo es estándar y claro. La pregunta principal surgió con esta frase del maestro: "lo más probable es que necesites pasar el Nand Flash".

Por supuesto, no demostré en el servicio que no entendía de qué estaban hablando; dicen que ya lo sé todo sin ti. Lo principal es hacerlo. Pero llegué a casa e inmediatamente fui a Google: ¿qué es esto, Nand Flash? ¿Por qué molestarse en enrollarlo en algún lugar dentro del iPhone?

Nos reímos con él, nos separamos y pensé: ¿por qué no escribir una breve nota sobre este tema? No llevará mucho tiempo y, para las personas que se enfrentan al mismo problema que mi amigo, quedará un poco más claro lo que está pasando con su teléfono inteligente. Pensé: lo hice. ¡Vamos! :)

¿Qué es Nand Flash en iPhone?

Esta es la memoria interna del dispositivo. Sí, sí, lo mismo que muchas veces les falta a los propietarios de un iPhone de 16 GB.

En términos generales, Nand Flash en el iPhone 7 de 32 GB son los mismos 32 GB de memoria interna.

La memoria está ubicada en la placa principal del sistema del dispositivo y no se destaca de ninguna manera: es un chip muy común.

Naturalmente, esto no es una unidad flash en absoluto: no se puede desmontar el iPhone, desconectar fácilmente el Nand Flash, instalar otro y pensar que todo estará "bien". No lo hará. Aunque cabe mencionar que en algunos casos esto todavía es posible. Pero hablaremos de eso un poco más. Mientras tanto, pasemos a los problemas...

Causas del mal funcionamiento

No hay muchas opciones y todas suelen ser “estándar”:

1. El dispositivo se cae.
2. Otros daños físicos.
3. Entrada de líquido.
4. Casamiento.
5. Fuga.

No hay nada especial que describir aquí: está claro que si el dispositivo se arroja y se llena con agua, esto afectará su rendimiento.

Aunque todavía señalaré por separado un punto como un defecto de fabricación; esto también es muy posible. Fui testigo de una situación similar: acabo de comprar un iPhone, pero realmente no funciona, se reinicia, muestra errores al restaurar y, en general, se comporta de manera extraña. Lo enviamos a servicio técnico, como resultado: la memoria Nand Flash estaba defectuosa y el posterior reemplazo del dispositivo.

Síntomas de falla de la memoria flash del iPhone

Este mal funcionamiento no presenta ningún síntoma claro y específico (el mensaje no aparece en la pantalla: su dispositivo tiene problemas de memoria), por lo que todo esto solo se puede adivinar mediante signos indirectos:

Hablando de errores...

Errores de iTunes que indican falla de Nand Flash

La forma más segura de solucionar diversos problemas con el dispositivo. Sin embargo, si el iPhone tiene problemas con la memoria Nand Flash, el proceso de recuperación puede verse interrumpido y acompañado de los siguientes errores característicos:

Pero es importante recordar esto: iTunes está diseñado de tal manera que el mismo número de error puede tener varias razones.

Por ejemplo, el error 4013 puede indicar tanto problemas con el chip como el uso no original del cable para conectarse a la PC.

Como puede ver, la gama es muy grande, desde un simple cable hasta una reparación muy compleja. Por lo tanto, puede utilizar esta lista de errores para un análisis preliminar de la situación, pero no puede confiar ciegamente en ella.

Reparar la memoria Nand Flash: ¿es posible?

Tal vez. Pero, por supuesto, no “en casa”. Además, no todos los centros de servicio pueden realizar esta operación. Por ejemplo, "en una tienda de campaña en el mercado", lo más probable es que no puedan ayudarlo; simplemente no habrá el equipo necesario allí. Y debe haber algún tipo de habilidad.

Una vez más, lo señalaré por separado: si su iPhone no ha vencido el período de garantía (), entonces no necesita inventar nada. Existe una alta probabilidad de que reciba a cambio un nuevo dispositivo.

Si la garantía es "falla", pero aún es necesaria la reparación de la memoria Nand Flash, entonces el centro de servicio tiene dos opciones para corregir la situación:

Por cierto, si hablamos de equipos para firmware Nand Flash, entonces estos programadores son bastante diversos, pero una cosa todavía los une: el precio. Todos cuestan mucho dinero; no todo el mundo puede permitírselo.

¿Qué conclusión se puede sacar de todo esto? Los problemas de memoria del iPhone son un problema bastante grave que es muy difícil de solucionar por tu cuenta. Pero la situación no puede considerarse desesperada. Lo principal es encontrar un buen centro de servicio con especialistas competentes y el equipamiento necesario. ¡Y luego el iPhone te deleitará con su trabajo durante mucho tiempo!

PD Sí, no funcionó como una nota breve :) Sin embargo, lo que hay es lo que es; no lo borres ahora. Y la información es útil, será útil para alguien. ¿Estás de acuerdo? Ponga "me gusta", haga clic en los botones de las redes sociales: ¡apoye al autor! Lo intentó, sinceramente. ¡Gracias!

P.D.S. ¿Tiene alguna pregunta? ¿Tienes algo que añadir al artículo o te gustaría contar tu historia? Hay comentarios sobre esto, ¡no dudes en escribir!

A la gente moderna le gusta ser móvil y tener consigo varios dispositivos de alta tecnología (gadget en inglés - dispositivo), lo que hace la vida más fácil, pero lo que hay que ocultar, la hace más rica e interesante. ¡Y aparecieron en sólo 10-15 años! Miniatura, ligera, cómoda, digital... Todo esto lo han conseguido los gadgets gracias a las nuevas tecnologías de microprocesadores, pero una importante contribución la ha hecho una notable tecnología de almacenamiento de datos, de la que hablaremos hoy. Entonces, memoria flash.

Existe la opinión de que el nombre FLASH en relación al tipo de memoria se traduce como "flash". De hecho, esto no es del todo cierto. Una versión de su aparición dice que por primera vez en 1989-90, Toshiba utilizó la palabra Flash en el contexto de "rápido, instantáneo" al describir sus nuevos chips. En general, se considera que Intel fue el inventor, ya que introdujo la memoria flash con arquitectura NOR en 1988. Un año después, Toshiba desarrolló la arquitectura NAND, que todavía se utiliza hoy en día junto con la misma NOR en los chips flash. En realidad, ahora podemos decir que se trata de dos tipos de memoria diferentes que tienen una tecnología de producción algo similar. En este artículo intentaremos comprender su diseño, principio de funcionamiento y también considerar varias opciones de uso práctico.

NI

Con su ayuda, los voltajes de entrada se convierten en voltajes de salida correspondientes a "0" y "1". Son necesarios porque se utilizan diferentes voltajes para leer/escribir datos en una celda de memoria. El diagrama de celda se muestra en la siguiente figura.

Es típico de la mayoría de los chips flash y es un transistor con dos puertas aisladas: de control y flotante. Una característica importante de este último es la capacidad de retener electrones, es decir, cargar. También en la celda se encuentran los llamados "drenajes" y "fuentes". Al programar entre ellos, debido a la influencia de un campo positivo en la puerta de control, se crea un canal: un flujo de electrones. Algunos de los electrones, debido a la presencia de mayor energía, superan la capa aislante y caen sobre la puerta flotante. Se pueden almacenar allí durante varios años. Un cierto rango del número de electrones (carga) en una puerta flotante corresponde a uno lógico, y cualquier valor mayor que este corresponde a un cero. Al leer, estos estados se reconocen midiendo el voltaje umbral del transistor. Para borrar información, se aplica un alto voltaje negativo a la puerta de control y los electrones de la puerta flotante se mueven (túnel) hacia la fuente. En tecnologías de diferentes fabricantes, este principio de funcionamiento puede diferir en la forma en que se suministra la corriente y se leen los datos de la celda. También me gustaría llamar su atención sobre el hecho de que en la estructura de la memoria flash solo se utiliza un elemento (transistor) para almacenar 1 bit de información, mientras que en los tipos de memoria volátiles esto requiere varios transistores y un condensador. Esto permite reducir significativamente el tamaño de los microcircuitos producidos, simplificar el proceso tecnológico y, en consecuencia, reducir los costos. Pero un bit está lejos del límite: Intel ya está lanzando la memoria StrataFlash, cada celda de la cual puede almacenar 2 bits de información. ¡Además, hay muestras de prueba con celdas de 4 e incluso 9 bits! Esta memoria utiliza tecnología de celdas multinivel. Tienen una estructura normal, pero la diferencia es que su carga se divide en varios niveles, a cada uno de los cuales se le asigna una determinada combinación de bits. En teoría, se pueden leer/escribir más de 4 bits, sin embargo, en la práctica, surgen problemas con la eliminación del ruido y con la fuga gradual de electrones durante el almacenamiento a largo plazo. En general, los chips de memoria existentes hoy en día para células se caracterizan por un tiempo de almacenamiento de información medido en años y un número de ciclos de lectura/escritura que oscila entre 100.000 y varios millones. Entre las desventajas, en particular, la memoria flash con arquitectura NOR cabe destacar la escasa escalabilidad: es imposible reducir el área de los chips reduciendo el tamaño de los transistores. Esta situación está relacionada con la forma en que está organizada la matriz de celdas: en la arquitectura NOR se debe realizar un contacto individual a cada transistor. La memoria flash con arquitectura NAND obtiene mejores resultados en este sentido.

NAND

El diseño y principio de funcionamiento de sus celdas es el mismo que el de NOR. Aunque, además de la lógica, todavía hay otra diferencia importante: la arquitectura de colocación de las celdas y sus contactos. A diferencia del caso descrito anteriormente, aquí hay una matriz de contactos, en cuyas intersecciones de filas y columnas se encuentran los transistores. Esto es comparable a una matriz pasiva en pantallas :) (y NOR es comparable a un TFT activo). En el caso de la memoria, esta organización es algo mejor: el área del microcircuito se puede reducir significativamente debido al tamaño de las celdas. Las desventajas (sin duda) son la menor velocidad de operación en operaciones de acceso aleatorio byte a byte en comparación con NOR.

También existen arquitecturas como: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi), etc. No representan nada fundamentalmente nuevo, solo combinan las mejores propiedades de NAND y NOR.

Y, sin embargo, sea como fuere, NOR y NAND hoy se producen en igualdad de condiciones y prácticamente no compiten entre sí, porque, por sus cualidades, se utilizan en diferentes áreas de almacenamiento de datos. Esto se discutirá más a fondo...

¿Dónde se necesita memoria?...

El ámbito de aplicación de cualquier tipo de memoria flash depende principalmente de sus características de velocidad y confiabilidad del almacenamiento de información. El espacio de direcciones de la memoria NOR le permite trabajar con bytes o palabras individuales (2 bytes). En NAND, las celdas se agrupan en pequeños bloques (similar a un grupo de discos duros). De esto se deduce que al leer y escribir secuencialmente, NAND tendrá la ventaja de velocidad. Sin embargo, NAND es significativamente inferior en operaciones de acceso aleatorio y no permite trabajar directamente con bytes de información. Por ejemplo, para cambiar un byte necesita:

1. leer en el buffer el bloque de información en el que se encuentra
2. cambiar el byte requerido en el buffer
3. escribir el bloque con el byte modificado atrás

Si agregamos retrasos en la búsqueda de bloques y el acceso al tiempo de ejecución de las operaciones anteriores, obtendremos indicadores que de ninguna manera son competitivos con NOR (tenga en cuenta que esto es específicamente para el caso de grabación byte por byte). La escritura/lectura secuencial es otra cuestión; aquí, por el contrario, NAND muestra características de velocidad significativamente más altas. Por ello, y también por la posibilidad de aumentar la capacidad de la memoria sin aumentar el tamaño del chip, la memoria flash NAND ha encontrado utilidad como almacén de grandes cantidades de información y para su transferencia. Los dispositivos más comunes que ahora se basan en este tipo de memoria son las unidades flash y las tarjetas de memoria. En cuanto a NOR flash, los chips con dicha organización se utilizan como almacenes de código de programa (BIOS, RAM de computadoras de bolsillo, teléfonos móviles, etc.), a veces implementados como soluciones integradas (RAM, ROM y procesador en un mini- tablero, o incluso en un chip). Un buen ejemplo de este uso es el proyecto Gumstix: un ordenador de placa única del tamaño de un chicle. Son los chips NOR los que proporcionan el nivel de confiabilidad del almacenamiento de información requerido para tales casos y opciones más flexibles para trabajar con él. El volumen de flash NOR generalmente se mide en unidades de megabytes y rara vez supera las decenas.

Y habrá un destello...

Por supuesto, el flash es una tecnología prometedora. Sin embargo, a pesar de las altas tasas de crecimiento de la producción, los dispositivos de almacenamiento basados ​​en él siguen siendo lo suficientemente caros como para competir con los discos duros de escritorio o portátiles. Básicamente, ahora el dominio de la memoria flash se limita a los dispositivos móviles. Como comprenderá, este segmento de la tecnología de la información no es tan pequeño. Además, según los fabricantes, la expansión flash no se detendrá ahí. Entonces, ¿cuáles son las principales tendencias de desarrollo que se están produciendo en este ámbito?

En primer lugar, como se mencionó anteriormente, existe un fuerte enfoque en las soluciones integradas. Además, proyectos como Gumstix son sólo etapas intermedias en el camino hacia la implementación de todas las funciones en un solo chip.

Hasta ahora, los llamados sistemas en chip (un solo chip) son combinaciones de memoria flash con un controlador, procesador, SDRAM o software especial en un chip. Por ejemplo, Intel StrataFlash en combinación con el software Persistent Storage Manager (PSM) hace posible utilizar la capacidad de la memoria simultáneamente para almacenar datos y ejecutar código de programa. PSM es esencialmente un sistema de archivos compatible con Windows CE 2.1 y superior. Todo ello tiene como objetivo reducir el número de componentes y reducir el tamaño de los dispositivos móviles al tiempo que aumenta su funcionalidad y rendimiento. No menos interesante y relevante es el desarrollo de la empresa Renesas: la memoria flash superAND con funciones de gestión integradas. Hasta ese momento, se implementaban por separado en el controlador, pero ahora están integrados directamente en el chip. Estas son funciones de monitoreo de sectores defectuosos, corrección de errores (ECC - verificación y corrección de errores) y nivelación de desgaste. Dado que están presentes en una variación u otra en la mayoría de firmware de controladores externos de otras marcas, echemos un vistazo breve a ellos. Empecemos por los sectores malos. Sí, también se encuentran en la memoria flash: los chips ya salen de la línea de montaje con un promedio de hasta el 2% de celdas que no funcionan; esta es una norma tecnológica común. Pero con el tiempo, su número puede aumentar (no se debe culpar especialmente al medio ambiente por esto: la influencia electromagnética, física (sacudidas, etc.) del chip flash no es terrible). Por tanto, al igual que los discos duros, la memoria flash tiene capacidad de reserva. Si aparece un sector defectuoso, la función de monitoreo reemplaza su dirección en la tabla de asignación de archivos con la dirección del sector del área libre.

En realidad, el algoritmo ECC es responsable de identificar problemas graves: compara la información registrada con la información realmente registrada. Además, debido al recurso limitado de las celdas (del orden de varios millones de ciclos de lectura/escritura para cada una), es importante tener una función que tenga en cuenta el desgaste uniforme. Permítanme presentarles un caso raro pero común: un llavero con 32 MB, de los cuales 30 MB están ocupados, y constantemente se escribe y elimina algo en el espacio libre. Resulta que algunas células están inactivas, mientras que otras están agotando intensamente sus recursos. Para evitar que esto suceda, en los dispositivos de marca el espacio libre se divide convencionalmente en secciones, para cada una de las cuales se monitorea y registra el número de operaciones de escritura.

Configuraciones todo en uno aún más complejas están ahora ampliamente representadas por empresas como, por ejemplo, Intel, Samsung, Hitachi, etc. Sus productos son dispositivos multifuncionales implementados en un solo chip (normalmente contiene un procesador, memoria flash y SDRAM). ). Están enfocados al uso en dispositivos móviles, donde es importante un alto rendimiento con un tamaño mínimo y un bajo consumo de energía. Estos incluyen: PDA, teléfonos inteligentes, teléfonos para redes 3G. Permítanme darles un ejemplo de este tipo de desarrollos: un chip de Samsung que combina un procesador ARM (203 MHz), 256 MB de memoria NAND y 256 SDRAM. Es compatible con los sistemas operativos comunes: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux y tiene soporte USB. Así, a partir de él, es posible crear dispositivos móviles multifuncionales con bajo consumo de energía, capaces de trabajar con vídeo, sonido, voz y otras aplicaciones que consumen muchos recursos.

Otra dirección para mejorar el flash es reducir el consumo y el tamaño de energía y al mismo tiempo aumentar el tamaño y la velocidad de la memoria. Esto se aplica en mayor medida a los chips con arquitectura NOR, ya que con el desarrollo de computadoras móviles que admitan redes inalámbricas, NOR flash, debido a su pequeño tamaño y bajo consumo de energía, se convertirá en una solución universal para almacenar y ejecutar código de programa. Pronto se producirán en masa chips NOR de 512 Mbit de la misma Renesas. Su tensión de alimentación será de 3,3 V (permítanme recordarles que pueden almacenar información sin necesidad de suministrar corriente) y la velocidad de las operaciones de escritura será de 4 MB/seg. Al mismo tiempo, Intel ya está presentando su desarrollo StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30), un sistema de memoria flash universal para tecnologías inalámbricas. Su capacidad de memoria puede alcanzar 1 Gbit y el voltaje de funcionamiento es de 1,8 V. La tecnología de fabricación del chip es de 0,13 nm, y está previsto cambiar a una tecnología de proceso de 0,09 nm. Entre las innovaciones de esta empresa, cabe destacar también la organización de un modo de funcionamiento por lotes con memoria NOR. Le permite leer información no un byte a la vez, sino en bloques de 16 bytes: utilizando un bus de datos de 66 MHz, la velocidad de intercambio de información con el procesador alcanza los 92 Mbit/s.

Bueno, como puedes ver, la tecnología se está desarrollando rápidamente. Es muy posible que cuando se publique este artículo aparezca algo nuevo. Entonces, si pasa algo, no me culpes :) Espero que el material te haya resultado interesante.