About / Advertise
Mobiltelefonerna driver utvecklingen av flashminnen just nu. Så kraven är hårda. Helst skall minnena inte kosta något, knappt synas samt vara väldigt strömsnåla.
Flashminnen tycks vara en lukrativ framtidsprodukt. åtminstone är det så om man får tro prognosföretaget In-Stat som menar att det kommer att säljas flashminnen för nära sju miljarder dollar om fem år. Det kan jämföras med förra året då försäljningen uppgick till 2,7 miljarder dollar. Eller med försäljningen fem år tidigare, som precis nådde upp till 300 miljoner.
För att få vara med och dela på den pengastinna kakan gäller det emellertid att satsa på rätt tillämpning: mobiltelefoni. Visserligen finns det även andra viktiga områden för flashminnet idag, exempelvis tele- och datakomprodukter, datorer och bilar. Men mobiltelefonerna är den klart starkast drivande kraften just nu och så kommer det att förbli ytterligare några år. Det är alla överens om. Idag sitter det ett flashminne i varje mobiltelefon.
Flashminnet kan liknas vid telefonens hårddisk, där all programvara lagras. Vanliga grundmodeller använder 8 Mbit-minnen, men i och med att telefonerna blir mer avancerade kommer 16 Mbit att användas i allt större utsträckning. - Det är främst språk och användargränssnitt som driver utvecklingen av större minnen i mobiltelefonerna idag, säger Björn Ekelund som är chef för elektronikutvecklingen på Ericsson Mobile Communication i Lund.
Större minnen framöver
Mycket minne går åt till teckenpresentationen. Ta bara en telefon som skall presentera informationen med japanska kanji-tecken, som i sig tar 4 Mbit av minnet. Eller en telefon som skall kunna presentera informationen på ett flertal olika språk. - Framöver kommer vi att använda än större flashminnen i mobiltelefonerna. Speciellt som telefonerna får allt mer gemensamt med datorer, säger Björn Ekelund.
Fast på frågan om vilka egenskaper som är allra viktigast hos dagens flashminnen för mobiltelefoner är svaret inte alls minnesstorleken. Nej, istället är det låg kostnad, liten fysisk storlek samt låg strömförbrukning som står högst på Björn Ekelunds kravlista. Vilken av de tre egenskaperna som skall prioriteras i ett visst skede är helt beroende av produkten. I en enkel telefon är självklart kostnaden viktigast. Om telefonen däremot skall vara mycket liten - kanske inte större än ett armbandsur - är storlek och strömförbrukning A och O. Lägsta matningsspänningen för ett flashminne är idag 1,8 V. Först ut med ett renodlat 1,8 V-flash var Advanced Micro Devices, som släppte 8 Mbit-minnet vid årsskiftet.
Ett halvår senare kom Fujitsu, som ju tillverkar flashminnen i samarbete med AMD, med ett likadant minne. Visserligen var Intel före AMD med läsning vid 1,8 V, men Intels minne kräver minst 2,7 V för att klara programmering och radering. Samtidigt som AMD talar om nästa generation minnen, de som enbart kräver 0,9 V, påstår Björn Ekelund att det ännu inte finns några telefoner på marknaden som ens använder 1,8 V-kretsar. - I vissa mobiltelefoner som säljs idag finns det till och med 5 V-matade flashminnen, även om vi inte använder dem. I våra telefoner sitter det idag flashminnen som matas med runt 3 V. Däremot designar vi för 1,8 V och helst lägre. Hur mycket ett flashminne för en mobiltelefon får kosta tycks däremot vara ett hemligstämplat kapitel.
Varken användaren Ericsson, eller de tre största flashtillverkarna Intel, AMD eller Fujitsu vill kommentera var ett rimligt pris per Mbyte bör hamna.
Priset rasar
Rickard Gordon, analytiker på Dataquest, säger emellertid att priset på flashminnen hela tiden pressas nedåt av mobiltelefontillverkarna. Och att minnena faktiskt är billigare i Europa än i USA just nu. - Ett 8 Mbit-minne till en GSM-telefon kostar idag 2,5 dollar i Europa. Mot slutet av året kommer priset att vara nere i 2 dollar, medan vi tror att det är nere i 1,5 dollar om ett år, säger Rickard Gordon. Den tredje egenskapen, fysisk storlek, är ytterligare något som flashtillverkarna slipar på för fullt.
Någon typ av kapsel som använder lödkulor istället för ben, så kallad Ball Grid Array (BGA), hör den närmaste framtiden till. - ännu använder vi inte BGA-kapslar i våra mobiltelefoner, men vi designar med BGA. Det är en naturlig efterföljare till QFP säger Björn Ekelund. I stort finns det två huvudspår att ta in på vid val av BGA-kapsel för flashminnen idag. Den äldsta, µBGA, används redan av ett flertal minnestillverkare. Uppstickaren, kallad Fine Pitch BGA (FBGA), är en av AMD föreslagen standard för JEDEC-kommittén. även Fujitsu, Atmel, Micron och ST Microelectronics har anammat kapseln, fast ST kallar den Flip BGA. Av de två kapselalternativen är µBGA minst. I stort är det ett naket chips som är vänt upp och ner och ihopsatt med en film.
Ytan som kretsen upptar blir därmed inte större än själva kiselbrickan. Nackdelen med kapseln är att det inte går att byta ut ett minne mot ett större utan att ändra kretskortslayouten. FBGA är en mer traditionell kapsel, alltså ett inkapslat bondat chips. På så sätt upptar kretsen en större yta än kislet. å andra sidan kan olika kiselstorlekar användas i samma kapsel,vilket gör att en uppgradering inte påverkar kretskortslayouten. På Ericsson tittar man på båda kapselvarianterna, men det finns inget beslut att använda någon speciell. - Jag tror att om man öppnar en mobiltelefon från oss om några år så finns båda kapseltyper med, säger Björn Ekelund.
Ytterligare ett sätt att spara plats i morgondagens mobiltelefoner, och samtidigt göra dem strömsnålare och billigare, är att använda flashminnen som kan lagra både data och kod. Idag används flashminnet i telefonerna enbart för att lagra kod. Men på senare tid har flera halvledartillverkare släppt flashminnen som kan läsa och skriva i minnet samtidigt. På så sätt kan EEPROM-kretsen, som idag finns i telefonerna för att lagra data, tas bort.
Program- eller hårdvara
Intel var först ut med ett flash för både kod och data. Företaget har utvecklat en speciell programvara, kallad Flash Data Integrator, som kan användas tillsammans med alla flashminnen. Programmet läggs i mobiltelefonens processor, där det upptar 4 kbyte SRAM. Konceptet bygger på att processorn har tid över mellan accessprotokollets tidsluckor för att sköta minnet. Programmet kan dessutom hantera realtidsavbrott på ett liknade sätt som ett EEPROM.
Andra flashtillverkare har istället valt att lägga in funktionerna i hårdvaran. AMD, Fujitsu och ST Microelectronics delar exempelvis upp minnet i två banker. Således kan användaren läsa från en bank medan programmering eller radering av ett block pågår i den andra. AMD och Fujitsu har idag 4 och 8 Mbit-kretsar framme, medan det kommer större kretsar senare i år. Varje storlek går att få i fyra varianter med olika uppdelning av minnesbankerna. ST kommer med ett bankuppdelat minne på 16 Mbit, där 12 Mbit är dedicerat för kod och resten är menat för data. De första exemplaren dyker upp under första halvan av nästa år. I samma veva släpper företaget ett 16 Mbit-flash som kan emulera EEPROM. Sedan ett år tillbaka har ST haft minnen som smälter samman flash och EEPROM på samma kisel.
Idag finns en krets som kombinerar 4 Mbit flash och 256 kbit EEPROM, men senare i år kommer även provexemplar på en 8 Mbit-version med 256 kbit EEPROM. I oktober debuterar dessutom Atmel med ett läs- och skrivflash, medan Toshiba kommer med sitt första före nästa sommar. Båda företagen börjar med att lansera läs- och skrivminnen på 16 Mbit. Toshiba och Fujitsu går ytterligare ett steg och integrerar flashminne och SRAM i samma kapsel. SRAM krävs i mobiltelefoner för snabb kommunikation, exempelvis signalering.
Snabb access för dyrt
På Ericsson menar man dock att tekniken ger en allt för dyr lösning. Fast det är något Allan Burdis, marknadsansvarig för Fujitsu på flashminnen i Europa, inte tror blir ett problem i framtiden. - Visserligen är lösningen än så länge dyrare än två separata kretsar, men vårt mål är att prisskillnaden skall vara utjämnad i början på nästa år. Och då finns det bara fördelar, eftersom nödvändig yta reduceras med 30 procent, säger Allan Burdis.
I dagarna tillkännagav dessutom Toshiba, Fujitsu och NEC att en ny kapselteknik, som staplar flash och SRAM, kommer att introduceras mot slutet av året. (Se sid 12) Något som annars vanligtvis tas upp i flashsammanhang är åtkomsttiden. Den används ofta som ett mått på minnets duglighet. Men i dagens mobiltelefoner tycks åtkomsttiden inte vara avgörande. Björn Ekelund menar att mobiltelefonerna inte tål kostnaden för de allra snabbaste minnena; de som har åtkomsttider på 50 till 70 ns.
Istället använder man minnen med åtkomsttider runt 100 ns samtidigt som man löser accessen på annat sätt, exempelvis genom att utnyttja mellanminnen eller bredare databussar. Att åstadkomma snabb access i ett flashminne är inte heller helt enkelt. - När man övergår till en process med finare geometrier skalas ett flashminne inte på samma sätt som en processor. En processor blir både snabbare och strömsnålare. Hos ett flashminne går spänningen ner medan däremot accesstiden i stort sett bibehålls, säger Mats Selin på Intel.
Flash på asicar
Istället får man ta till olika knep för att få minnet att accessa snabbare. Ett sätt är att klocka ut informationen synkront i skurar. Första åtkomsten tar då längre tid, medan de efterföljande kan ta ner mot 20 ns styck. Skurvis åtkomst är dock ingen teknik som hittills använts i mobiltelefoner, men i framtiden kommer den sannolikt att dyka upp även där. Däremot finns den i andra telekomtillämpningar, exempelvis i basstationer. - En intressant teknik för oss i framtiden är annars att bygga in flash på asicar, säger Björn Ekelund. Idag finns det flera företag som erbjuder sådan teknik. Ett är Atmel som specialiserat sig på att bygga just asicar med flashminne och EEPROM.
I Lund undersöker Ericsson möjligheten att använda tekniken, även om den ännu inte är ekonomiskt realiserbar. Inom några år tror emellertid Björn Ekelund att det kommer att finnas mobiltelefoner med asicar som integrerar flash. - Man måste komma ihåg att tekniken ger klart bättre prestanda, jämfört med dagens lösning. Den ger färre lödpunkter, snabbare accesstid, lägre strömförbrukning, mindre radiostörningar, tar mindre plats och så vidare. Anna Wennberg
Flashminnen tycks vara en lukrativ framtidsprodukt. åtminstone är det så om man får tro prognosföretaget In-Stat som menar att det kommer att säljas flashminnen för nära sju miljarder dollar om fem år. Det kan jämföras med förra året då försäljningen uppgick till 2,7 miljarder dollar. Eller med försäljningen fem år tidigare, som precis nådde upp till 300 miljoner.
För att få vara med och dela på den pengastinna kakan gäller det emellertid att satsa på rätt tillämpning: mobiltelefoni. Visserligen finns det även andra viktiga områden för flashminnet idag, exempelvis tele- och datakomprodukter, datorer och bilar. Men mobiltelefonerna är den klart starkast drivande kraften just nu och så kommer det att förbli ytterligare några år. Det är alla överens om. Idag sitter det ett flashminne i varje mobiltelefon.
Flashminnet kan liknas vid telefonens hårddisk, där all programvara lagras. Vanliga grundmodeller använder 8 Mbit-minnen, men i och med att telefonerna blir mer avancerade kommer 16 Mbit att användas i allt större utsträckning. - Det är främst språk och användargränssnitt som driver utvecklingen av större minnen i mobiltelefonerna idag, säger Björn Ekelund som är chef för elektronikutvecklingen på Ericsson Mobile Communication i Lund.
Större minnen framöver
Mycket minne går åt till teckenpresentationen. Ta bara en telefon som skall presentera informationen med japanska kanji-tecken, som i sig tar 4 Mbit av minnet. Eller en telefon som skall kunna presentera informationen på ett flertal olika språk. - Framöver kommer vi att använda än större flashminnen i mobiltelefonerna. Speciellt som telefonerna får allt mer gemensamt med datorer, säger Björn Ekelund.
Fast på frågan om vilka egenskaper som är allra viktigast hos dagens flashminnen för mobiltelefoner är svaret inte alls minnesstorleken. Nej, istället är det låg kostnad, liten fysisk storlek samt låg strömförbrukning som står högst på Björn Ekelunds kravlista. Vilken av de tre egenskaperna som skall prioriteras i ett visst skede är helt beroende av produkten. I en enkel telefon är självklart kostnaden viktigast. Om telefonen däremot skall vara mycket liten - kanske inte större än ett armbandsur - är storlek och strömförbrukning A och O. Lägsta matningsspänningen för ett flashminne är idag 1,8 V. Först ut med ett renodlat 1,8 V-flash var Advanced Micro Devices, som släppte 8 Mbit-minnet vid årsskiftet.
Ett halvår senare kom Fujitsu, som ju tillverkar flashminnen i samarbete med AMD, med ett likadant minne. Visserligen var Intel före AMD med läsning vid 1,8 V, men Intels minne kräver minst 2,7 V för att klara programmering och radering. Samtidigt som AMD talar om nästa generation minnen, de som enbart kräver 0,9 V, påstår Björn Ekelund att det ännu inte finns några telefoner på marknaden som ens använder 1,8 V-kretsar. - I vissa mobiltelefoner som säljs idag finns det till och med 5 V-matade flashminnen, även om vi inte använder dem. I våra telefoner sitter det idag flashminnen som matas med runt 3 V. Däremot designar vi för 1,8 V och helst lägre. Hur mycket ett flashminne för en mobiltelefon får kosta tycks däremot vara ett hemligstämplat kapitel.
Varken användaren Ericsson, eller de tre största flashtillverkarna Intel, AMD eller Fujitsu vill kommentera var ett rimligt pris per Mbyte bör hamna.
Priset rasar
Rickard Gordon, analytiker på Dataquest, säger emellertid att priset på flashminnen hela tiden pressas nedåt av mobiltelefontillverkarna. Och att minnena faktiskt är billigare i Europa än i USA just nu. - Ett 8 Mbit-minne till en GSM-telefon kostar idag 2,5 dollar i Europa. Mot slutet av året kommer priset att vara nere i 2 dollar, medan vi tror att det är nere i 1,5 dollar om ett år, säger Rickard Gordon. Den tredje egenskapen, fysisk storlek, är ytterligare något som flashtillverkarna slipar på för fullt.
Någon typ av kapsel som använder lödkulor istället för ben, så kallad Ball Grid Array (BGA), hör den närmaste framtiden till. - ännu använder vi inte BGA-kapslar i våra mobiltelefoner, men vi designar med BGA. Det är en naturlig efterföljare till QFP säger Björn Ekelund. I stort finns det två huvudspår att ta in på vid val av BGA-kapsel för flashminnen idag. Den äldsta, µBGA, används redan av ett flertal minnestillverkare. Uppstickaren, kallad Fine Pitch BGA (FBGA), är en av AMD föreslagen standard för JEDEC-kommittén. även Fujitsu, Atmel, Micron och ST Microelectronics har anammat kapseln, fast ST kallar den Flip BGA. Av de två kapselalternativen är µBGA minst. I stort är det ett naket chips som är vänt upp och ner och ihopsatt med en film.
Ytan som kretsen upptar blir därmed inte större än själva kiselbrickan. Nackdelen med kapseln är att det inte går att byta ut ett minne mot ett större utan att ändra kretskortslayouten. FBGA är en mer traditionell kapsel, alltså ett inkapslat bondat chips. På så sätt upptar kretsen en större yta än kislet. å andra sidan kan olika kiselstorlekar användas i samma kapsel,vilket gör att en uppgradering inte påverkar kretskortslayouten. På Ericsson tittar man på båda kapselvarianterna, men det finns inget beslut att använda någon speciell. - Jag tror att om man öppnar en mobiltelefon från oss om några år så finns båda kapseltyper med, säger Björn Ekelund.
Ytterligare ett sätt att spara plats i morgondagens mobiltelefoner, och samtidigt göra dem strömsnålare och billigare, är att använda flashminnen som kan lagra både data och kod. Idag används flashminnet i telefonerna enbart för att lagra kod. Men på senare tid har flera halvledartillverkare släppt flashminnen som kan läsa och skriva i minnet samtidigt. På så sätt kan EEPROM-kretsen, som idag finns i telefonerna för att lagra data, tas bort.
Program- eller hårdvara
Intel var först ut med ett flash för både kod och data. Företaget har utvecklat en speciell programvara, kallad Flash Data Integrator, som kan användas tillsammans med alla flashminnen. Programmet läggs i mobiltelefonens processor, där det upptar 4 kbyte SRAM. Konceptet bygger på att processorn har tid över mellan accessprotokollets tidsluckor för att sköta minnet. Programmet kan dessutom hantera realtidsavbrott på ett liknade sätt som ett EEPROM.
Andra flashtillverkare har istället valt att lägga in funktionerna i hårdvaran. AMD, Fujitsu och ST Microelectronics delar exempelvis upp minnet i två banker. Således kan användaren läsa från en bank medan programmering eller radering av ett block pågår i den andra. AMD och Fujitsu har idag 4 och 8 Mbit-kretsar framme, medan det kommer större kretsar senare i år. Varje storlek går att få i fyra varianter med olika uppdelning av minnesbankerna. ST kommer med ett bankuppdelat minne på 16 Mbit, där 12 Mbit är dedicerat för kod och resten är menat för data. De första exemplaren dyker upp under första halvan av nästa år. I samma veva släpper företaget ett 16 Mbit-flash som kan emulera EEPROM. Sedan ett år tillbaka har ST haft minnen som smälter samman flash och EEPROM på samma kisel.
Idag finns en krets som kombinerar 4 Mbit flash och 256 kbit EEPROM, men senare i år kommer även provexemplar på en 8 Mbit-version med 256 kbit EEPROM. I oktober debuterar dessutom Atmel med ett läs- och skrivflash, medan Toshiba kommer med sitt första före nästa sommar. Båda företagen börjar med att lansera läs- och skrivminnen på 16 Mbit. Toshiba och Fujitsu går ytterligare ett steg och integrerar flashminne och SRAM i samma kapsel. SRAM krävs i mobiltelefoner för snabb kommunikation, exempelvis signalering.
Snabb access för dyrt
På Ericsson menar man dock att tekniken ger en allt för dyr lösning. Fast det är något Allan Burdis, marknadsansvarig för Fujitsu på flashminnen i Europa, inte tror blir ett problem i framtiden. - Visserligen är lösningen än så länge dyrare än två separata kretsar, men vårt mål är att prisskillnaden skall vara utjämnad i början på nästa år. Och då finns det bara fördelar, eftersom nödvändig yta reduceras med 30 procent, säger Allan Burdis.
I dagarna tillkännagav dessutom Toshiba, Fujitsu och NEC att en ny kapselteknik, som staplar flash och SRAM, kommer att introduceras mot slutet av året. (Se sid 12) Något som annars vanligtvis tas upp i flashsammanhang är åtkomsttiden. Den används ofta som ett mått på minnets duglighet. Men i dagens mobiltelefoner tycks åtkomsttiden inte vara avgörande. Björn Ekelund menar att mobiltelefonerna inte tål kostnaden för de allra snabbaste minnena; de som har åtkomsttider på 50 till 70 ns.
Istället använder man minnen med åtkomsttider runt 100 ns samtidigt som man löser accessen på annat sätt, exempelvis genom att utnyttja mellanminnen eller bredare databussar. Att åstadkomma snabb access i ett flashminne är inte heller helt enkelt. - När man övergår till en process med finare geometrier skalas ett flashminne inte på samma sätt som en processor. En processor blir både snabbare och strömsnålare. Hos ett flashminne går spänningen ner medan däremot accesstiden i stort sett bibehålls, säger Mats Selin på Intel.
Flash på asicar
Istället får man ta till olika knep för att få minnet att accessa snabbare. Ett sätt är att klocka ut informationen synkront i skurar. Första åtkomsten tar då längre tid, medan de efterföljande kan ta ner mot 20 ns styck. Skurvis åtkomst är dock ingen teknik som hittills använts i mobiltelefoner, men i framtiden kommer den sannolikt att dyka upp även där. Däremot finns den i andra telekomtillämpningar, exempelvis i basstationer. - En intressant teknik för oss i framtiden är annars att bygga in flash på asicar, säger Björn Ekelund. Idag finns det flera företag som erbjuder sådan teknik. Ett är Atmel som specialiserat sig på att bygga just asicar med flashminne och EEPROM.
I Lund undersöker Ericsson möjligheten att använda tekniken, även om den ännu inte är ekonomiskt realiserbar. Inom några år tror emellertid Björn Ekelund att det kommer att finnas mobiltelefoner med asicar som integrerar flash. - Man måste komma ihåg att tekniken ger klart bättre prestanda, jämfört med dagens lösning. Den ger färre lödpunkter, snabbare accesstid, lägre strömförbrukning, mindre radiostörningar, tar mindre plats och så vidare. Anna Wennberg
