Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2002 №4

Некоторые типы памяти производства Samsung

Веселов Антон


Наш век — век информационных технологий. Информацию получают, обрабатывают, передают. Информацию сохраняют. Сохраняют на века, на годы, на несколько дней и даже на доли микросекунд. Не последнюю роль в этом процессе играют микросхемы памяти.

Как всем известно, память бывает разная — статическая и динамическая, синхронная и асинхронная, оперативная (RAM) и постоянная (ROM), а также Flash. Производством микросхем памяти занимаются много фирм, кто-то делает оперативную память, кто-то ROM и Flash. Однако есть фирмы, производящие сразу почти все виды таких микросхем. Лидирующее место среди них занимает Samsung Electronics.

Samsung Electronics — это транснациональная компания с заводами в Корее и США. Ее продукция — не только память. Это еще и микроконтроллеры, процессоры Alpha, ARM-контроллеры, контроллеры LCD. Из всего спектра производимых фирмой микросхем памяти (рис. 1) в этой статье мы рассмотрим только некоторые.

Статическая память

Сейчас Samsung стала лидером по производству статической оперативной памяти (SRAM). Этот вид памяти находит все большее применение в различных устройствах обработки информации.

Статическая память бывает синхронная и асинхронная. Асинхронная, в свою очередь, бывает быстрая (Fast SRAM) и малого энергопотребления (Low Power SRAM). Память с малым энергопотреблением применяется в портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием, для которых очень важно уменьшить потребляемую мощность. Последние разработки Samsung в этой области — это микросхемы серии K6F. Так, микросхема K6F1616R6A при объеме 16 Мбит потребляет 3 мА при чтении и записи и менее 1 мкА — в режиме хранения, а напряжение питания всего 1,65–2,2 В. Эта микросхема наверняка найдет свое применение в новых перспективных разработках. Сейчас же в основном применяются устройства с напряжением 5 или 3,3 В. Samsung предлагает широкий выбор микросхем в этих диапазонах (см. табл. 1). Для 5 В микросхем (серия K6T) со скоростью доступа 55 или 70 нс ток потребления при обращении к ней составляет около 55 мА, а в режиме хранения — 10 мкА. Для микросхем на 3,3 В эти показатели еще ниже — 30 мА и 5 мкА.

Таблица 1. Статическая асинхронная память Samsung с малым энергопотреблением
Статическая асинхронная память Samsung с малым энергопотреблением

Параллельно с уменьшением потребляемой мощности Samsung уменьшает и другой параметр — размер корпуса. Постепенно прекращается производство микросхем в корпусе DIP. В нем еще выпускают 5-вольтовое медленное статическое ОЗУ емкостью 128 К * 8 и 512 К * 8, но остальные микросхемы выпускаются в корпусах. SOP, TSOP1 и TSOP2, а также в различных BGA-корпусах. Эти корпуса занимают на плате гораздо меньше места и предназначены для поверхностного монтажа.

Для быстрой памяти главный критерий — скорость доступа. Среди микросхем фирмы Samsung — это серия K6R, наиболее популярная память со временем доступа 15 нс. Но это уже не предел. В массовом производстве имеются микросхемы, для которых этот параметр составляет 10 и даже 8 нс (см. табл. 2).

Таблица 2. Быстрая статическая асинхронная память Samsung
Быстрая статическая асинхронная память Samsung

Энергозависимая память

Очень часто требуется сохранять данные и после выключения питания. Этим требованиям удовлетворяют два типа микросхем памяти — EPROM и Flash. Причем Flash гораздо удобнее, так как не требует специальных программаторов для записи и стирания. Samsung производит два различных типа микросхем Flash-памяти. Они называются NOR-Flash и NAND-Flash согласно организации ячейки памяти (рис. 2). Эти типы памяти также отличаются друг от друга способом и скоростью доступа, записи и стирания, удельной стоимостью одного бита информации и областями применения. Рассмотрим эти типы памяти.

Типы организации Flash-памяти

NAND?Flash — память дл больших объемов данных

Очень часто в современных приложениях приходится записывать и обрабатывать довольно большие объемы данных. Эту информацию надо также и хранить при отключенном питании. Для этой цели не подойдет оперативная память — она хранит данные только при включенном питании; не подойдет и EEPROM — малый объем и совершенно не подходящий способ записи. Остается Flash, а именно NAND-Flash.

Архитектура микросхем NAND-Flash оптимизирована для хранения больших объемов данных (рис. 2). Для большей плотности ячейки последовательно соединены между собой без контактных площадок между ними. Такая архитектура обеспечивает не только высокую плотность, но и высокую способность к модульному наращиванию системы. Эти свойства выводят NAND-Flash в лидеры по объему памяти. И действительно, Samsung массово производит память объемом 1 Гбит (128 М*8), а на подходе уже 2 Гбит, и все это умещается в маленькие TSOP1 или TBGA. Начало выпуска 2 Гбит анонсировано на 2-й квартал 2002 года (характеристики микросхем NAND-Flash фирмы Samsung приведены в табл. 3).

Таблица 3. NAND-flash память Samsung
NAND-flash память Samsung

Но за все в этом мире приходится платить, в том числе и за большой объем памяти. Последовательная организация ячеек позволяет наращивать объем, но исключает произвольный доступ к каждой ячейке.

Страницы и блоки

Рассмотрим более подробно, как организована NAND-Flash, на примере 128-мегабайтной микросхемы K9F1G08U0M (рис. 3). В ней может храниться 1 107 296 256 бит (1 Гбит) информации. Весь этот объем разбит на 65 536 страниц (pages), каждая из которых имеет объем 2112 байт. При этом номер страницы называют row address, а номер байта в странице — column address. 64 байта, расположенные по column-адресам с 2048 по 2111 в каждой странице, являются запасными. Массив памяти состоит из 32 ячеек, последовательно соединенных в NAND-структуру. Каждая из таких ячеек находится в разных страницах. Блок (Block) состоит из 64 страниц, организованных двумя NAND-структурами. Всего в микросхеме 33792 NAND-структуры из 32 ячеек. Нужно иметь в виду, что операции чтения и программирования (записи) проводятся постранично, в то время как операции стирания — поблочно. То есть вся микросхема состоит из 1024 блоков, которые можно стирать по отдельности, побайтное стирание невозможно.

Организация структуры памяти в микросхеме K9F1G08

Шины данных и адреса мультиплексированы, по этой единой шине передаются адреса, данные и команды. Некоторые команды требуют только один цикл, например команды чтения статуса и команда Reset. Команды записи страницы и стирания блока требуют два цикла. Чтобы адресовать 128 мегабайт памяти, необходимо 28 бит адреса, поэтому для выставления адреса необходимо 4 цикла: 2 цикла column address и 2 цикла row address. То есть для того чтобы начать чтение или запись страницы (рис. 4), необходимо 6 циклов: четыре цикла адреса следуют за командой. Для стирания блока требуется на два цикла меньше (рис. 5), так как выставляется только row адрес. Сравнительная характеристика производительности таких микросхем приведена на рис. 6.

Операция записи страницы (Page Program)
Операция стирания блока (Erase Block)
Сравнительные данные для операций с файлами размером 160 КВ

Все NAND-Flash от 8 до 256 Мбайт имеют одни и те же корпуса и одинаковое количество сигнальных ног. Это позволяет производить наращивание объема памяти устройства без переразводки платы.

Полезные функции

NAND-Flash производства Samsung имеет несколько полезных функций, значительно упрощающих работу с ней.

Первая — это возможность записи с использованием CASH-регистра объемом 2048+64 байт. Это значительно ускоряет процесс. По окончании записи CASH-регистра данные автоматически сбрасываются в так называемый DATA-регистр, откуда они уже и пишутся непосредственно в ячейки памяти, а в это время в CASH-регистр можно снова записывать информацию. Скорость записи одного байта при этом достигает 50 нс.

Вторая особенность заключается в автоматической установке в режим последовательного чтения первой страницы при включении питания. Никакой подачи команд при этом не требуется.

Третья, и самая важная, особенность заключается в возможности прямой перезаписи данных из одной страницы в другую, так называемое Copy-Back программирование. При этом не надо считывать данные на внешний буфер из одной страницы Flash, а потом записывать обратно в другую страницу. Вся операция происходит внутри самой микросхемы. Это позволяет значительно увеличить производительность Flash-памяти, если вы используете ее в качестве твердотельного диска.

Плохие блоки

«Нет на свете совершенства» — гласит народная мудрость. И NAND-Flash может иметь плохие ячейки (bad blocks). По определению Samsung, плохие блоки — это блоки, в которых есть сбойные биты, за надежность которых производитель ответственности не несет. Информация о том, что блок является плохим, записана в первом байте из запасной области памяти (column address 2048). Все ячейки памяти микросхем, выходящих с завода, стерты, в них записано FFh. Если по column-адресу 2048 первой и второй страницы блока записано не FFh, значит, этот блок дефектный и пользоваться им не стоит.

Варианты применения

В силу своих функциональных возможностей NAND-Flash используют для хранения больших массивов данных, обработка которых идет последовательно, например для записи видеоинформации, оцифрованного звука или информации о каком-либо процессе (данные измерений от ультразвукового дефектоскопа, расход электроэнергии, температура в печи и прочее).

На основе NAND-Flash можно организовать виртуальный жесткий диск для устройств, работающих под управлением какой-либо операционной системы (рис. 7). По сравнению с обычными устройствами хранения устройство на основе NAND-Flash не имеет движущихся частей, что важно для систем, работающих в тяжелых условиях. Такой «диск» имеет преимущество даже перед DiskOnChip, так как NAND-Flash запаивается на плату по SMD-технологии и не требует панельки для установки. DiskOnChip же может выпасть из «кроватки» от сильной вибрации или перегрузок.

Способ организации «жесткого диска» на основе NAND-Flash в устройствах с операционной системой

Производители цифровых видеокамер, фотоаппаратов и диктофонов давно уже признали преимущество Flash-носителей информации, однако они используют не микросхемы, а карточки. Samsung выпускает такие карточки в форматах SmartMedia™ и Compact Flash™ (рис. 8, табл. 4).

Карточка SmartMedia™ Flash и карточка Compact™ Flash
Таблица 4. Flash-карточки
Таблица 4. Flash-карточки

NOR?Flash

В отличие от NAND, архитектура NORFlash памяти позволяет осуществлять быстрый случайный доступ к каждой ячейке. Всем известна Flash-память фирм AMD или ST Microelectronics. Samsung ранее не производил такие микросхемы, но с ноября 2001 года он начал массовое производство Flash-памяти для 8- и 16-разрядных микроконтроллеров. Это микросхемы серии K8D (см. табл. 5). Скорость доступа у этих микросхем достигает 80 нс. Они не требуют дополнительных 12 В для стирания, используя для всех операций одно напряжение питания. Вы можете менять разрядность шины данных (8 или 16 разрядов). Архитектура Flash-памяти Samsung многобанковая. Это позволяет читать один банк, одновременно стирая другой. Микросхемы поддерживают Common Flash Memory Interface, а встроенный контроллер при отсутствии обращений автоматически переключит память в спящий режим, потребление в котором составит всего 0,2 мкА. Samsung гарантирует для таких микросхем 100 000 циклов программирования-стирания и не менее 10 лет хранения данных.

Таблица 5. NOR-flash память Samsung
NOR-flash память Samsung

Микросхемы NOR-Flash от Samsung не уступают и даже превосходят по своим параметрам аналогичные микросхемы фирм AMD (AM29LV160D и AM29LV320D) и ST Microelectronics (M29W160D и M29W320D), будучи значительно дешевле продуктов конкурентов. Это естественно, поскольку Samsung вышел на этот сегмент рынка недавно и стремится завоевать его, что возможно только при меньшей цене и лучшем качестве.

Смешанная память

Samsung выпускает и смешанную память. Его микросхемы MCP (Multi-Chip Package) имеют в одном чипе и оперативную (SRAM), и Flash-память (как NAND, так и NOR). Характеристики MCP-микросхем c памятью NOR-Flash приведены в табл. 6. Эта память создавалась изначально для сотовых телефонов 3-го поколения, но с успехом применяется и в любых других устройствах, имеющих жесткие ограничения по габаритам и потребляемому току.

Таблица 6. MCP (SRAM и FLASH на одном чипе)
MCP (SRAM и FLASH на одном чипе)

Подведем итоги

В этом коротком обзоре не удалось охватить и подробно описать всю продукцию Samsung Electronics, но я надеюсь привлечь внимание наших читателей к этой фирме и ее продукции. Samsung Electronics выходит в лидеры по производству разных видов памяти. Постоянно расширяемый спектр продукции и низкие по сравнению с другими производителями цены не могут не привлечь к себе внимание наших разработчиков.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке