Flashminnena är snart lika billiga, snabba och små som DRAM. Redan nästa år kan skillnaderna vara utjämnade. Och flashkretsar tar nu över allt fler uppgifter som tidigare skötts av andra minnestyper.

Flashminnen blir allt mer populära. De är enkla att konstruera med, och de kan användas till många olika tillämpningar. En rad nya flashkretsar är nu på väg ut på marknaden - kretsar som kan öka på populariteten ytterligare.

Ett vanligt flashminne behöver inte förses med yttre styrning, som ett DRAM. Men det går att göra DRAM-kompatibla flashminnen, där minnets styrsignaler ser likadana ut som hos ett dynamiskt läs- och skrivminne. Ett sådant flashminne skulle kunna användas på samma sätt som dagens DRAM, utan dessa kretsars nackdelar.

Fram tills idag har dock DRAM haft några tungt vägande fördelar - de har varit mindre, billigare och snabbare. Dessutom kan man skriva hur många gånger som helst till ett DRAM. Men fördelarna håller på att luckras upp.



Lagra mer än 0 och 1


Prisskillnaden är nu utjämnad, enligt såväl AMD som Intel. AMD menar att större flashminnen faktiskt är billigare än motsvarande DRAM på grund av att kiselytan faktiskt blir mindre när flashprocesserna når kanallängder på 0,35 μm.

För det är svårt att krympa DRAM-celler. I ett DRAM används en kondensator som laddningsbärare vid styret. Och kondensatorer är svåra att minimera. Med flashminnen slipper man detta problem.

Även flashminnets åtkomsttid och storlek minskar successivt. Intel har redan släppt ett minne som klarar en åtkomsttid på 30 ns om det får arbeta skurvis, alltså exekvera konsekutiva accesser. AMD har också planer på flashminnen som skickar ut data skurvis, så kallade Burst-Flash. Dessa minnen, som blir mycket snabbare än dagens DRAM, kommer förhoppningsvis att lanseras redan nästa år.

Flernivåflash är ytterligare en intressant teknik som Intel talat om i några år nu och som företaget, enligt rykte, tänker släppa nästa år. Även AMD har projekt med flernivåflash på gång.

Tekniken går ut på att man lagrar fler spänningsnivåer än bara en etta och nolla i minnets oxidskikt. Genom att lagra fyra nivåer i en minnescell går det att logiskt få in två bitar i samma cell.

Hittills har Intel lyckats konstruera en periferikrets som känner av fyra olika spänningsnivåer utan att minnet för den skull blir långsammare. Däremot har det visat sig att kretsen fått snävare temperaturområde än normalt och problem med låga matningsspänningar.

En annan kommande teknik värd att nämna är flashminnen med dubbelbuss- arkitektur. Arkitekturen medför att man kan göra två saker samtidigt i ett minne, exempelvis läsa på två ställen samtidigt eller läsa och radera samtidigt. Hittills har dubbelbusstekniken varit alldeles för dyr att realisera, men nu tycks den vara så mogen att man kan förvänta sig att se minnen baserade på tekniken redan om ett år.



Boota med flash


Hittills har flashminnen framförallt använts för att lagra styrkoder och styrparametrar. Men på sistone har man även börjat använda dem för att lagra hela programfiler.

En klart intressant trend är att allt fler börjar boota, "kallstarta", sina system med hjälp av flashminnen. Tidigare användes EPROM för detta. Med flashminne kan alla tilllämpningar - även programvaran - lagras i samma krets, vilket spar kortyta. Intel var först ut med bootflash för persondatorer, men tekniken används allt mer även i inbyggda tillämpningar.

Både AMD och Intel har bootkretsar med upp till 8 Mbit minne. Till skillnad mot ett vanligt flash har bootflashet minnessektorer med olika storlek, eftersom bootkoder har varierande omfattning. Vanligtvis är bootsektorerna 8 eller 16 kbyte, men även 32 eller rent av 64 kbyte förekommer.

I bootflashet kan användaren skydda ett valbart antal sektorer där bootkod är inlagd. Sektorerna kan endera förprogrammeras på fabriken med kundens mönster för att därefter låsas, eller programmeras och låsas av användaren själv.

Förutom att det titt som tätt poppar upp nya flashtekniker förbättras också de traditionella flashminnena. Framför allt blir de allt snabbare med tiden. AMD, som idag säljer rena 3 V-varianter med åtkomsttider på 100 ns, kommer inom kort med en 90 ns-version. Redan året därpå tror företaget att man ska börja sälja kretsar med åtkomsttiden 70 ns.



Svåra att tillverka


Varför har då inte dessa fantastiskt användbara flashkretsar kommit fram förrän nu? En orsak är att det faktiskt är mycket svårt att tillverka flashminnen.

Det problematiska är de många processteg som krävs för att ta fram tillförlitliga kretsar. Framför allt är det svårt att skapa oxidskiktet mellan transistorernas drain och gate. Skiktet måste nämligen dels kunna isolera laddning, dels kunna raderas med hjälp av tunnlingsteknik.

Nyckeln till flashtekniken är just elektrontunnling. För att tunnlingen skall fungera får oxidskiktet inte vara mer än ett 10-tal Ångström tjockt. Det kan jämföras med oxidskiktet i ett EPROM som är några 100-tals Ångström. Vid raderingen av flashminnet måste dessutom övergången tåla att ett högt elektriskt fält läggs på. Om oxidskiktet inte blir perfekt kan minnet exempelvis börja läcka eller livslängden bli rejält förkortad.

Trots alla svårigheter har ett flertal halvledarföretag lyckats ta fram fungerande flashprocesser. Det har lett till att flera arkitekturer dykt upp på sistone. Ändå är över 90 procent av dagens flashminnen NOR-baserade, där NOR syftar till den logiska funktionen hos minnescellen. De andra arkitekturerna har ännu inte hunnit visa vad de går för. Men med tanke på utvecklingens hastighet kan situationen mycket väl se annorlunda ut om något år.

Anna Wennberg