非易失性儲存器的分類和未來發展預測
非易失性儲存器是指當電流關掉後,所儲存的資料不會消失者的電腦儲存器。非易失性儲存器中,依儲存器內的資料是否能在使用電腦時隨時改寫為標準,可分為二大類產品,即ROM和Flash memory。
目前主流的基於浮柵快閃記憶體技術的非易失性儲存器技術有望成為未來幾年的參考技術。但是,快閃記憶體本身固有的技術和物理侷限性使其很難再縮小技術節點。在這種環境下,業界試圖利用新材料和新概念發明一種更好的儲存器技術,以替代快閃記憶體技術,更有效地縮小儲存器,提高儲存效能。
非易失性儲存器的分類
一、只讀儲存器
它是一種半導體儲存器,其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除,且內容不會因為電源關閉而消失。在電子或電腦系統中,通常用以儲存不需經常變更的程式或資料,例如早期的家用電腦如Apple II的監督程式、BAsic語言直譯器、與硬體點陣字型,個人電腦IBMPC/XT/AT的BiOs(基本輸入輸出系統)與IBM PC/XT的BASIC直譯器,與其他各種微電腦系統中的韌體,均儲存在ROM內。
PROM:可程式設計只讀儲存器其內部有行列式的鎔絲,可依使用者(廠商)的需要,利用電流將其燒斷,以寫入所需的資料及程式,鎔絲一經燒斷便無法再恢復,亦即資料無法再更改。
EPROM:可抹除可程式設計只讀儲存器可利用高電壓將資料程式設計寫入,但抹除時需將線路曝光於紫外線下一段時間,資料始可被清空,再供重複使用。因此,在封裝外殼上會預留一個石英玻璃所制的透明窗以便進行紫外線曝光。寫入程式後通常會用貼紙遮蓋透明窗,以防日久不慎曝光過量影響資料。
OTPROM:一次程式設計只讀儲存器內部所用的晶片與寫入原理同EPROM,但是為了節省成本,封裝上不設定透明窗,因此程式設計寫入之後就不能再抹除改寫。
EEPROM:電子抹除式可複寫只讀儲存器之運作原理類似EPROM,但是抹除的方式是使用高電場來完成,因此不需要透明窗。
二、快閃記憶體
快快閃記憶體儲器是一種電子式可清除程式化只讀儲存器的形式,允許在操作中被多次擦或寫的儲存器。這種科技主要用於一般性資料儲存,以及在電腦與其他數字產品間交換傳輸資料,如儲存卡與U盤。快閃記憶體是一種特殊的、以巨集塊抹寫的EEPROM。早期的快閃記憶體進行一次抹除,就會清除掉整顆晶片上的資料。
快閃記憶體的成本遠較可以位元組為單位寫入的EEPROM來的低,也因此成為非易失性固態儲存最重要也最廣為採納的技術。像是PDA、膝上型電腦、數字隨身聽、數碼相機與手機上均可見到快閃記憶體。此外,快閃記憶體在遊戲主機上的採用也日漸增加,藉以取代儲存遊戲資料用的EEPROM或帶有電池的SRam。
快閃記憶體是非易失性的記憶體。這表示單就儲存資料而言,它是不需要消耗電力的。與硬碟相比,快閃記憶體也有更佳的動態抗震性。這些特性正是快閃記憶體被移動裝置廣泛採用的原因。快閃記憶體還有一項特性:當它被製成儲存卡時非常可靠──即使浸在水中也足以抵抗高壓與極端的溫度。快閃記憶體的寫入速度往往明顯慢於讀取速度。
雖然快閃記憶體在技術上屬於EEPROM,但是“EEPROM”這個字眼通常特指非快閃式、以小區塊為清除單位的EEPROM。它們典型的清除單位是位元組。因為老式的EEPROM抹除迴圈相當緩慢,相形之下快閃記體較大的抹除區塊在寫入大量資料時帶給其顯著的速度優勢。快閃記憶體最常見的封裝方式是TSOP48和BGA,在邏輯介面上的標準則由於廠商陣營而區分為兩種:ONFI和Toggle。手機上的快閃記憶體常常以eMMC的方式存在。
非易失性儲存器的發展趨勢預測
在目前已調研的兩大類新的非易失性儲存器技術中,基於鐵電或導電開關聚合體的有機材料的儲存器技術還不成熟,處於研發階段。某些從事這類儲存器材料研究的研發小組開始認為,這個概念永遠都不會變成真正的產品。事實上,使這些概念符合標準CMOS整合要求及其製造溫度,還需要解決幾個似乎難以逾越的挑戰。另一方面,業界對基於無機材料的新非易失性儲存器概念的調研時間比較長,並在過去幾年釋出了幾個產品原型。
早在上個世紀90年代就出現了FeRAM技術概念。雖然在研究過程出現過很多與新材料和製造模組有關的技術難題,但是,經過十年的努力,即便固有的製程縮小限制,技術節點遠遠高於快閃記憶體,鐵電儲存器現在還是實現了商業化。這個儲存器概念仍然使用能夠被電場極化的鐵電材料。溫度在居里點以下時,立方體形狀出現晶格變形,此時鐵電體發生極化;溫度在居里點以上時,鐵電材料變成順電相。
到目前為止,業界已提出多種FeRAM單元結構,這些結構屬於兩種方法體系,一種是把鐵電材料整合到一個單獨的儲存元件內,即鐵電電容器內(在雙電晶體/雙電容(2T2C)和單電晶體/單電容(1T1C)兩種元件內整合鐵電材料的方法),另一種是把鐵電材料整合到選擇元件內,即鐵電場效應電晶體內。所有的FeRAM架構都具有訪存速度快和真證的隨機訪問所有儲存單元的優點。今天,FeRAM技術研發的主攻方向是130nm製程的64Mb儲存器。
溼氣敏感性等級(MSL):3(168 小時)
製造商標準提前期:16 周
系列:MX25xxx05/06
包裝:管件
零件狀態:在售
儲存器格式:快閃記憶體
儲存器型別:非易失
儲存容量:64Mb(8Mx8)
速度:86MHz
介面:SPI序列
電源電壓:2.7V~3.6V
工作溫度:-40°C~85°C(TA)
封裝/外殼:16-SOIC(0.295",7.50mm寬)
供應商器件封