Pengertian Flash memory

Dipublikasikan oleh Jovita Aurelia Sugihardja

05 Maret 2024, 08.11

Sumber: Wikipedia

Memori flash adalah perangkat penyimpanan elektronik non-volatil dari memori komputer yang dapat dihapus secara elektrik dan diprogram ulang. Dua tipe utama memori flash, NOR flash dan NAND, diberi nama berdasarkan gerbang logika NOR dan NAND. Keduanya menggunakan desain sel tunggal dengan MOSFET gerbang mengambang. Ini berbeda pada tingkat rangkaian tergantung pada apakah garis bit dan garis kata ditarik ke atas atau ke bawah. Dalam flash NAND, rasio garis bit terhadap baris kata mirip dengan gerbang NAND. Dalam flash NOR, mirip dengan gerbang NOR.

Memori flash, sejenis memori gerbang mengambang, ditemukan oleh Toshiba pada tahun 1980 dan menggunakan teknologi EEPROM. Toshiba mulai menjual memori flash pada tahun 1987.  EPROM harus dihapus seluruhnya sebelum ditulis ulang. Namun, memori flash NAND dapat dihapus, ditulis, dan dibaca dalam blok (atau halaman), yang lebih kecil dari keseluruhan perangkat. Memori flash NOR dapat menulis kata-kata mesin untuk menghapus spasi atau membacanya satu per satu. Sebagian besar perangkat memori flash terdiri dari satu atau lebih chip memori flash (masing-masing berisi beberapa sel memori flash) dan chip kontrol memori flash independen.

Jenis NAND terdapat di kartu memori, flash drive USB, dan SSD. . Pengontrol untuk penyimpanan massal dan transfer data (diproduksi sejak 2009), telepon, ponsel pintar, dan produk serupa. Memori flash NAND atau NOR juga digunakan untuk menyimpan data konfigurasi pada produk digital. Ini sebelumnya dapat dilakukan dengan EEPROM atau RAM statis. Masalah utama dengan memori flash adalah sebuah blok hanya dapat menampung sejumlah kecil siklus penulisan. 

NOR NOR Flash dikenal dengan kemampuan akses acaknya, yang diperlukan untuk eksekusi kode yang benar. Arsitektur ini memungkinkan akses byte individual, membuat pembacaan lebih cepat daripada flash NAND. Memori flash NAND bekerja pada arsitektur berbeda yang menggunakan metode akses serial. Hal ini membuat NAND cocok untuk penyimpanan data berkapasitas tinggi, namun kurang cocok untuk operasi akses acak. Memori flash NAND sering digunakan dalam situasi yang memerlukan penyimpanan berkapasitas tinggi dan berbiaya tinggi, seperti drive USB, kartu memori, dan solid-state drive (SSD).

Perbedaan utamanya terletak pada kasus penggunaan dan arsitektur internal. . Flash NOR sangat ideal untuk aplikasi yang memerlukan akses cepat ke byte individual, seperti sistem tertanam untuk pemrograman. Sebaliknya, flash NAND lebih baik dalam situasi yang memerlukan efektivitas biaya, kapasitas penyimpanan besar, dan akses berurutan ke data.

Memori flash digunakan di komputer, PDA, pemutar audio digital, kamera digital, dan telepon seluler. telepon , synthesizer, video game, instrumen ilmiah, robotika industri, dan elektronik medis. Memori flash memiliki waktu akses baca yang cepat, namun tidak secepat RAM atau ROM statis. Pada perangkat portabel, memori flash lebih disukai karena ketahanannya terhadap getaran mekanis, karena penggerak mekanis lebih rentan terhadap kerusakan mekanis. 

Karena siklus penghapusan lambat, ukuran blok besar yang digunakan untuk menghapus memori flash merupakan keuntungan signifikan dibandingkan EEPROM non-flash saat menulis data dalam jumlah besar. Pada tahun 2019, memori flash lebih murah daripada EEPROM yang dapat diprogram byte dan telah menjadi jenis memori pilihan setiap kali sistem memerlukan penyimpanan non-volatil berskala besar. Namun, EEPROM masih digunakan dalam aplikasi yang ruang penyimpanannya terbatas, seperti penginderaan serial.  

Paket memori flash menggunakan vias silikon dan penumpukan cetakan menggunakan beberapa sel TLC NAND 3D (per cetakan) secara bersamaan, menghasilkan 16 cetakan yang dapat ditumpuk, driver lampu disertakan sebagai cetakan terpisah dalam paket.

Sejarah
Latar Belakang
Memori flash berawal dari pengembangan FGMOS (MoSFET gerbang mengambang), yang juga dikenal sebagai transistor gerbang mengambang.   MOSFET pertama (transistor efek medan semikonduktor oksida logam), juga dikenal sebagai transistor MOS, ditemukan pada tahun 1959 oleh insinyur Mesir Mohamed M. Atalla dan insinyur Korea Dawon Kahng di Bell Laboratories. Kahng mengembangkan MOSFET mengambang yang dimodifikasi dengan insinyur Taiwan-Amerika Simon Min Sze di Bell Laboratories pada tahun 1967.  Mereka mengira itu dapat digunakan sebagai sel memori gerbang mengambang untuk menyimpan format read-only. Memori yang tidak dapat diprogram ulang (PROM). 

Jenis memori gerbang mengambang yang pertama adalah Erasable PROM (EPROM) dan Electrically Erasable PROM (EEPROM) pada tahun 1970an. Namun, memori gerbang mengambang awal memerlukan mesin untuk membuat sel memori untuk setiap. sedikit data, sulit,  lambat,  dan mahal, membatasi memori gerbang mengambang untuk aplikasi khusus di seluruh dunia. . Pada tahun 70an peralatan militer dan telepon seluler pertama. 

Penemuan dan komersialisasi
Fujio Masuoka, saat bekerja di Toshiba, mengusulkan jenis memori gerbang mengambang baru yang memungkinkan penghapusan semua bagian memori dengan cepat dan mudah. . Sekelompok sel.  Hal ini menyebabkan Masuoka mengembangkan memori flash di Toshiba pada tahun 1980.    Menurut Toshiba, nama "Flash" diciptakan oleh rekan Masuoka, Shoji Ariizumi, karena proses penghapusan isi memori mengingatkan semua orang pada pencahayaan kamera. Dikatakan demikian karena  Masuoka dan rekannya mengumumkan penemuan flash NOR pada tahun 1984 pada Konferensi Perangkat Elektronik Internasional IEEE (IEDM) 1987 di San Francisco,   dan kemudian NAND. 

Toshiba merilis memori flash NAND komersial pada tahun 1987.   Intel Corporation merilis chip flash tipe NOR komersial pertama pada tahun 1988.  Untuk waktu yang lama, flash berbasis NOR menghapus dan menulis tetapi memiliki alamat asli dan bus data. Lokasi memori mana pun dapat diakses secara acak. Hal ini membuatnya ideal untuk menggantikan chip ROM (read-only memory) lama, yang digunakan untuk menyimpan kode program yang sulit diperbarui, seperti BIOS komputer atau firmware hard drive. Kisaran ketahanannya adalah 100 siklus penghapusan,  10.000, 100.000 siklus penghapusan, atau 1.000.000 siklus penghapusan untuk memori flash. Penerangan berbasis NOR adalah dasar dari laporan pelepasan berbasis komputer yang pertama. CompactFlash didasarkan pada hal ini, namun kartu selanjutnya dipindahkan ke flash NAND yang lebih kecil.

Flash NAND membutuhkan waktu lebih sedikit untuk menulis dan menggunakan lebih sedikit ruang chip per sel, sehingga memberikan kepadatan penyimpanan yang lebih tinggi dan biaya per bit yang lebih rendah dibandingkan dengan flash NOR yang lebih kecil. Namun, antarmuka I/O flash NAND tidak menyediakan akses acak ke bus alamat eksternal. Sebaliknya, data harus dibaca dalam blok, dengan ukuran blok berkisar antara ratusan hingga ribuan bit. Hal ini membuat flash NAND menjadi pengganti yang buruk untuk ROM yang dapat diprogram karena sebagian besar mikroprosesor dan mikrokontroler memerlukan akses acak tingkat byte. Dalam hal ini, flash NAND mirip dengan perangkat penyimpanan data sekunder lainnya seperti compact disc dan hard drive, yang ideal untuk digunakan pada perangkat penyimpanan massal seperti kartu memori dan flash drive internal (SSD). Misalnya, SSD menggunakan beberapa chip memori flash NAND untuk menyimpan data.

Format kartu memori lepas-pasang berbasis NAND yang pertama adalah SmartMedia, dirilis pada tahun 1995. Banyak format lain menyusul, termasuk MultiMediaCard, Secure Digital, Memory Stick, dan xD. kartu wajah.

Perkembangan Baru
Format kartu memori masa depan, termasuk RS-MMC, miniSD, dan microSD, memiliki fitur yang sangat terbatas. Misalnya, kartu microSD memiliki luas lebih dari 1,5 cm 2 dan tebal kurang dari 1 mm.

NAND Flash telah mencapai kepadatan memori tingkat tinggi berkat beberapa teknologi utama. Dari tahun 2000an hingga awal tahun 2010an. 

NOR flash adalah jenis memori flash yang dijual hingga tahun 2005, ketika NAND flash mengambil alih penjualan NOR flash. 

Teknologi Light-Cell (MLC) menyimpan lebih dari 1 bit per sel memori. NEC memperkenalkan teknologi multi-level cell (MLC) pada tahun 1998 dengan chip memori flash 80 Mb yang menampung 2 bit per sel.  STMicroelectronics juga memperkenalkan chip memori flash MLC dan NOR 64 MB pada tahun 2000. Pada tahun 2009, Toshiba dan SanDisk merilis chip flash NAND dengan teknologi QLC yang memiliki 4 bit per sel dengan kapasitas 64 Gbit.   Samsung Electronics memperkenalkan teknologi sel triple-level (TLC) yang berisi 3 bit per sel, dan mulai memproduksi chip NAND secara massal menggunakan teknologi TLC pada tahun 2010 

Charge Trap Flash
Artikel utama: Charge Trap Teknologi Flash
Charge Trap Flash (CTF) menggunakan gerbang polisilikon mengambang yang diapit di antara gerbang oksida penghalang atas dan gerbang oksida bawah, bagian bawah dan pendingin elektronik silikon nitrida. lapisan Lapisan silikon nitrida menampung elektron. Secara teori, CTF tidak terlalu rentan terhadap kebocoran listrik dan meningkatkan retensi data.  

Karena CTF menggantikan polisilikon dengan nitrida elektrolitik, hal ini dapat mengurangi ukuran sel dan meningkatkan daya tahan (mengurangi keausan). Namun, ketika elektron terperangkap dalam nitrida dan menumpuk, kinerjanya menurun. Kebocoran menjadi lebih buruk pada suhu yang lebih tinggi karena elektron menjadi lebih tereksitasi seiring dengan peningkatan suhu. Namun teknologi CTF masih menggunakan terowongan korosi dan bantalan penghalang yang menjadi titik lemah teknologi ini. Karena selalu rusak secara normal. (Terowongan oksida dapat menurunkan kinerja akibat naiknya elektroda dan lapisan pemblokiran karena lubang anoda) (AHHI)  

Degradasi akibat oksidasi atau keausan adalah penyebab pendeknya memori flash , retensi data menurun seiring dengan meningkatnya degradasi (peningkatan kehilangan data) karena korosi kehilangan sifat isolasi listriknya. Untuk mencegah kebocoran dan kehilangan data.

Pada tahun 1991, peneliti NEC, termasuk NEC Kodama, K. Oyama dan Hiroki Shirai menjelaskan jenis memori elektronik menggunakan teknik perangkap muatan. Pada tahun 1998, Boaz Eitan dari Saifun Semiconductors (kemudian diakuisisi oleh Spansion) memelopori teknologi memori flash yang disebut NROM yang menggunakan lapisan penangkap muatan untuk menggantikan gerbang mengambang tradisional yang digunakan dalam desain memori flash tradisional.  Kelompok penelitian Advanced Micro Devices (AMD) yang dipimpin oleh insinyur Mesir Khaled Z. Richard M. Fastow pada tahun 2000. Ahmed dan insinyur Yordania Sameer Haddad (kemudian bergabung dengan Spansion) mendemonstrasikan teknik perangkap muatan untuk sel memori flash NOR.  CTF kemudian dikomersialkan oleh AMD dan Fujitsu pada tahun 2002.  Teknologi 3D V-NAND (NAND vertikal) menggunakan teknologi 3D CTP (Charge Trap Flash) untuk menumpuk sel memori flash NAND vertikal pada sebuah chip. Teknologi 3D V-NAND pertama kali diumumkan oleh Toshiba pada tahun 2007, dan perangkat pertama dengan 24 lapisan dipasarkan oleh Samsung Electronics pada tahun 2013. 

Teknologi Sirkuit Terpadu 3D
Teknologi sirkuit terpadu 3D (IC 3D) dibangun dengan menumpuk chip sirkuit terpadu (IC) secara vertikal ke dalam satu paket chip IC 3D.  Toshiba memperkenalkan teknologi IC 3D ke memori flash NAND pada bulan April 2007 dengan merilis chip memori flash NAND 16 GB yang kompatibel dengan eMMC (nomor produk THGAM0G7D8DBAI6, disingkat THGAM di situs web vendor) yang dibuat dalam delapan batch. . chip flash NAND. Pada bulan September 2007, Hynix Semiconductor (sekarang SK Hynix) memperkenalkan teknologi IC 3D 24 lapis yang menghasilkan chip memori flash 16 GB dengan menumpuk 24 chip NAND menggunakan proses sambungan tipis.  Toshiba juga menggunakan IC 3D 8 lapis pada chip flash THGBM 32 GB pada tahun 2008.  Pada tahun 2010, Toshiba menggunakan IC 3D 16 lapis untuk chip flash THGBM 128 GB miliknya yang dibuat dalam kumpulan 16 chip yang terdiri dari 8 GB. . Pada tahun 2010-an, IC 3D mulai banyak digunakan pada memori flash NAND di perangkat seluler. 

Pada tahun 2016, Micron dan Intel memperkenalkan teknologi yang disebut CMOS Under the Array (CUA), Core over Periphery (COP), Periphery Under Cell (PUA) atau Xtacking.  Di bawah atau di atas serangkaian sel memori flash. Hal ini memungkinkan jumlah bidang, atau bagian, pada chip memori flash ditingkatkan dari dua menjadi empat bidang tanpa menambah ruang yang didedikasikan untuk elektronik atau manajemen platform. Hal ini meningkatkan jumlah operasi I/O per chip atau array flash, namun menyebabkan masalah saat membangun kapasitor untuk pompa muatan yang digunakan untuk menulis ke memori flash. Beberapa sinar memiliki delapan bidang. 

Mulai Agustus 2017, kartu microSD dengan kapasitas hingga 400 GB (400 miliar byte) dapat digunakan. Pada tahun yang sama, Samsung Electronics memproduksi chip memori flash KLUFG8R1EM 512 GB, yang merakit delapan chip V-NAND 64 lapis dengan menggabungkan tumpukan chip IC 3D, 3D V-NAND, dan teknologi TLC.  Pada tahun 2019, Samsung memproduksi flash drive 1024 GB dengan delapan chip V-NAND 96 lapis dan teknologi QLC.

Disadur dari:https://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory